RU2519386C2 - Method to impede development of defects in structures and device "tokmach" for its implementation - Google Patents
Method to impede development of defects in structures and device "tokmach" for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2519386C2 RU2519386C2 RU2012137742/02A RU2012137742A RU2519386C2 RU 2519386 C2 RU2519386 C2 RU 2519386C2 RU 2012137742/02 A RU2012137742/02 A RU 2012137742/02A RU 2012137742 A RU2012137742 A RU 2012137742A RU 2519386 C2 RU2519386 C2 RU 2519386C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- jumper
- coupling element
- defect
- elastic
- clamping
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Connections Effected By Soldering, Adhesion, Or Permanent Deformation (AREA)
- Manufacturing Of Electrical Connectors (AREA)
Abstract
Description
Группа изобретений относится к ремонту широкого класса конструкций, содержащих элементы и узлы с дефектами, например, на трубопроводах, корпусах машиностроительных конструкций и строительных сооружений, транспортных средств, газгольдеров и на других телах.The group of inventions relates to the repair of a wide class of structures containing elements and components with defects, for example, on pipelines, buildings of engineering structures and building structures, vehicles, gas holders and other bodies.
Известны способы торможения роста несквозных усталостных трещин в изделии, включающем сверление отверстий в вершинах трещины с обеих сторон выхода на переднюю поверхность детали несквозной трещины, дополнительное сверление отверстий по обе стороны от плоскости трещины симметрично по отношению друг к другу и на одинаковом расстоянии от отверстий в вершинах трещин, динамическое взаимное перемещение берегов усталостных трещин, плавное прекращение динамических нагружений, установку в отверстия крепежных элементов, их попарное стягивание в плоскостях проходящих одновременно через отверстия в вершинах трещин, и отверстия, расположенные в срединной части трещин, с последующей затяжкой крепежных элементов. Перед установкой крепежного элемента проводят выглаживание поверхности отверстий при вершинах трещин, осуществляют поверхностное пластическое деформирование в отверстиях, кромках и по поверхности детали с обеих сторон в плоскости роста трещин и перед ее вершинами в зоне продолжения плоскости трещины, устанавливают в отверстия при вершинах трещины по две полувтулки, ориентируют плоскостью их раздела перпендикулярно плоскости трещины, устанавливают крепежный элемент в отверстия, образованные полувтулками, с радиальным натягом в плоскости трещины, а попарное стягивание крепежных элементов со стороны задней поверхности детали проводят в двух взаимно параллельных плоскостях, проходящих через отверстия при вершине трещины и ближайшее отверстие к срединной части трещины, а также в плоскости, проходящей через оставшиеся свободными отверстия в срединной части трещины (а.с. №1401892 по М.Кл. - C21D 1/04, опубл. 15.05.1994 г.) (аналог).Known methods of inhibiting the growth of through holes fatigue cracks in the product, including drilling holes in the tops of the cracks on both sides of the exit to the front surface of the parts through holes, additional drilling holes on both sides of the plane of the cracks symmetrically with respect to each other and at the same distance from the holes in the vertices cracks, dynamic mutual movement of the banks of fatigue cracks, the gradual cessation of dynamic loads, installation of fasteners in the holes, their pairwise tightened in planes passing simultaneously through the holes at the tops of the cracks, and holes located in the middle of the cracks, followed by tightening the fasteners. Before installing the fastener, the surface of the holes is smoothed at the tops of the cracks, surface plastic deformation is performed in the holes, edges and on the surface of the part on both sides in the crack growth plane and in front of its vertices in the zone of the crack extension, two half-sleeves are installed in the holes at the crack tops , they are oriented by the plane of their section perpendicular to the plane of the crack, a fastener is installed in the holes formed by half-sleeves, with a radial interference in the plane the bones of the crack, and pairwise tightening of the fasteners from the side of the back surface of the part is carried out in two mutually parallel planes passing through the holes at the top of the crack and the nearest hole to the middle part of the crack, as well as in the plane passing through the remaining free holes in the middle part of the crack (a No. 1401892 according to M.C. -
Недостатками известных способов является сложность и высокая трудоемкость технологии.The disadvantages of the known methods is the complexity and high complexity of the technology.
Известны способы задержки роста усталостных трещин в конструкциях преимущественно со сквозными трещинами, заключающиеся в выполнении в вершинах трещин отверстий, установке в них полувтулок, а затем крепежных элементов в отверстия, образованные полувтулками, с радиальным натягом 5-10% от номинального диаметра отверстия в вершине трещины под втулки и осевым натягом, при этом выполняют дополнительное отверстие с осью, расположенной в плоскости трещины, перед ее вершиной. Далее устанавливают в это отверстие дополнительные полувтулки, ориентируют их плоскостью раздела перпендикулярно плоскости трещины, устанавливают дополнительные крепежные элементы, а перед затяжкой крепежных элементов между ними помещают пружинные вставки с обеих сторон конструкции и создают ими при стягивании крепежных элементов напряжения сжатия в плоскостях, параллельных плоскости трещины перед ее вершиной (патент №1343689 по М.Кл. - В23Р 6/00, опубл. 15.04.1994 г.) (аналог).Known methods for delaying the growth of fatigue cracks in structures with predominantly through cracks, which consist of making holes at the tops of the cracks, installing half-sleeves in them, and then fasteners in the holes formed by half-sleeves, with a radial interference of 5-10% of the nominal diameter of the hole at the crack tip under the sleeve and axial interference, while performing an additional hole with an axis located in the plane of the crack, in front of its top. Next, additional half-sleeves are installed in this hole, they are oriented with an intersection plane perpendicular to the plane of the crack, additional fasteners are installed, and before tightening the fasteners, spring inserts are placed between them on both sides of the structure and they create compressive stresses in the planes parallel to them in the planes parallel to the crack plane in front of its peak (patent No. 1343689 according to M.C. -
Недостатком известных способов является необходимость применения сложного механизма, что снижает надежность.A disadvantage of the known methods is the need to use a complex mechanism, which reduces reliability.
Известен также способ ремонта корпусных деталей с трещинами, в котором ремонт осуществляют с помощью устройства, выполненного в виде П-образного стяжного элемента, образованного перемычкой, опирающейся на поверхность детали, и отходящими от перемычки ножками. Одна ножка жестко закреплена на перемычке, а другая образована смонтированным с возможностью вращения в отверстии перемычки соосным с ним цилиндрическим участком. С одной стороны этого участка связан хвостовик, а с другой стороной - участок, расположенный с эксцентриситетом «е» относительно оси участка. В детали, имеющей трещину, сверлят пары отверстия, которые располагают на прямой, перпендикулярной направлению трещины. Отверстия каждой пары располагают с противоположных сторон трещины, устанавливая в одну пару отверстий ножку стяжного элемента и участок другой ножки. Затем, вращая эту ножку за хвостовик, воздействуют ее эксцентриковым участком на один край трещины до смыкания его с другим краем и полного замыкания трещины. После этого трещину в этой зоне проваривают и переставляют устройство в следующую пару отверстий до полной ликвидации трещины (патент №2055715 по М.Кл. - В23Р 6/04, опубл. 10.03.1996 г.) (прототип).There is also a known method of repairing body parts with cracks, in which the repair is carried out using a device made in the form of a U-shaped coupling element formed by a jumper resting on the surface of the part and legs extending from the jumper. One leg is rigidly fixed on the jumper, and the other is formed mounted rotatably mounted in the jumper hole with a cylindrical section coaxial with it. A shank is connected on one side of this section, and on the other side is a section located with an eccentricity “e” relative to the axis of the section. In a part having a crack, pairs of holes are drilled that are located on a straight line, perpendicular to the direction of the crack. The holes of each pair are located on opposite sides of the crack, installing in one pair of holes the leg of the clamping element and the section of the other leg. Then, rotating this leg by the shank, its eccentric section is applied to one edge of the crack until it closes with the other edge and the crack is completely closed. After this, the crack in this zone is boiled and the device is moved to the next pair of holes until the crack is completely eliminated (patent No. 2055715 according to M.C. -
Недостатками указанного способа являются:The disadvantages of this method are:
а) необходимость применения эксцентрикового механизма усложняет технологию осуществления способа;a) the need to use an eccentric mechanism complicates the technology of the method;
б) трудно подобрать необходимые параметры для обеспечения требуемого натяга;b) it is difficult to select the necessary parameters to provide the required interference;
в) в зоне дополнительных отверстий возникают концентраторы напряжений, способствующие случайному разрушению материала;c) stress concentrators arise in the zone of additional openings, contributing to the accidental destruction of the material;
г) П-образный стяжной элемент существенно выступает над общей ремонтируемой поверхность, увеличивая габариты и создавая помехи для выполнения защитных покрытий.d) The U-shaped clamping element protrudes significantly above the general surface being repaired, increasing the dimensions and creating interference for the performance of protective coatings.
Известны винтовые зажимы для стягивания стыков, содержащие два шарнирно соединенных и связанных пружиной растяжения двуплечих рычага. В резьбовом отверстии первого рычага установлена самоотвинчивающаяся при действии осевой силы втулка. В резьбовом отверстии втулки установлен самотормозящийся при действии осевой нагрузки винт, контактирующий с вторым рычагом. На первом рычаге установлена пружина кручения, закрепленная на втулке, причем ее геометрическая ось совпадает с осью винта. На втулке закреплен ограничитель поворота, взаимодействующий с подпружиненной защелкой, смонтированной на первом рычаге (патент №2006693 по М.Кл. - F16B 21/06, опубл. 30.01.1994 г.) (аналог).Known screw clamps for tightening joints, containing two pivotally connected and connected by a spring tensile two-arm levers. In the threaded hole of the first lever, a sleeve is self-unscrewing under the action of axial force. In the threaded hole of the sleeve there is a screw self-braking under the action of axial load in contact with the second lever. The torsion spring mounted on the sleeve is mounted on the first lever, and its geometrical axis coincides with the axis of the screw. A rotation limiter is mounted on the sleeve, interacting with a spring-loaded latch mounted on the first lever (M.C. patent No. F66B 21/06, publ. 30.01.1994) (analogue).
Наиболее близким по техническому решению к устройству для осуществления заявленного способа является крепежный элемент, содержащий две боковые стенки и основание, при этом боковые стенки изготовлены из материала со свойством «эффекта памяти формы», причем они расположены под углом друг к другу и в центральной части в области стыка друг с другом имеют вырез продолговатой формы, а основания выполнены в виде лапок, присоединенных к боковым стенкам и направленных наружу (патент РФ №2380585 по М.Кл. - F16B 5/06, опубл. 27.01.2010 г.) (прототип).The closest technical solution to the device for implementing the inventive method is a fastener containing two side walls and a base, while the side walls are made of material with the property "shape memory effect", and they are located at an angle to each other and in the Central part the areas of junction with each other have an elongated cutout, and the bases are made in the form of paws attached to the side walls and directed outward (RF patent No. 2380585 according to M. Cl. - F16B 5/06, publ. January 27, 2010) (prototype )
Недостатками такого крепежного элемента являются:The disadvantages of such a fastener are:
а) используется дорогостоящий материал со свойством «эффекта памяти формы»;a) expensive material with the property of “shape memory effect” is used;
б) крепежный элемент имеет большую высоту, что обуславливает большие габариты устройства.b) the mounting element has a large height, which leads to large dimensions of the device.
Задачами (целью) изобретения являются упрощение технологии, повышение эффективности задержки развития дефектов, уменьшение габаритов и стоимости устройства.The objectives (goal) of the invention are to simplify the technology, increase the efficiency of the delay in the development of defects, reduce the size and cost of the device.
Указанные задачи достигаются тем, что в способе задержки развития несквозного дефекта в конструкции, заключающемся в закреплении стяжного элемента на детали конструкции и создании напряжения сжатия для стягивания краев дефектного участка, подготавливают стяжной элемент со стержневой перемычкой, жестко прикрепляют (например, приваривают) на один из краев дефектного участка (трещины) один конец стяжного элемента, обеспечивают упругое удлинение перемычки стяжного элемента путем нагрева без потери упругих свойств материала перемычки стяжного элемента на заданную длину, прижимают к ремонтируемой детали (изделию, телу), жестко прикрепляют (приваривают) другой конец стяжного элемента к другому краю дефектного участка и обеспечивают укорачивание перемычки стяжного элемента за счет упругих сил, например, охлаждают стяжной элемент и создают тем самым усилие стягивания краев дефектного участка конструкций. При использовании электропроводящего (например, металлического) стяжного элемента удлинение нагревом осуществляют путем пропускания электрического тока через перемычку стяжного элемента.These problems are achieved by the fact that in the method of delaying the development of a non-through defect in the structure, which consists in fixing the coupling element to the structural part and creating compressive stress to tighten the edges of the defective area, the coupling element is prepared with a core jumper, rigidly attached (for example, welded) to one of the edges of the defective section (crack) one end of the clamping element, provide elastic elongation of the jumper of the clamping element by heating without loss of elastic properties of the material of the jumper st of the pressing element to a predetermined length, is pressed to the part to be repaired (product, body), the other end of the coupling element is rigidly fixed (welded) to the other edge of the defective area and the coupling of the coupling element is shortened due to elastic forces, for example, the coupling element is cooled and thereby creates the pulling force of the edges of the defective section of structures. When using an electrically conductive (eg, metal) clamping member, elongation by heating is carried out by passing an electric current through the jumper of the clamping member.
Режим нагрева выбирают исходя из формулы:The heating mode is selected based on the formula:
где Т- максимальная температура нагрева стяжного элемента;where T is the maximum heating temperature of the coupling element;
β - коэффициент, определяющий необходимую степень компенсации потери несущей способности;β - coefficient determining the necessary degree of compensation for loss of bearing capacity;
ν - коэффициент Пуассона для материала стяжного элемента;ν - Poisson's ratio for the material of the coupling element;
σ - напряжение в конкретной точке бездефектной области в районе рассматриваемого дефекта (при отсутствии дефекта) в направлении компенсации действующего усилия;σ is the stress at a specific point in the defect-free region in the region of the defect under consideration (in the absence of a defect) in the direction of compensation of the current force;
Sdef - площадь дефектной области, перпендикулярной направлению компенсации действующего усилия;S def is the area of the defective region perpendicular to the direction of compensation of the effective force;
α - температурный коэффициент линейного расширения;α is the temperature coefficient of linear expansion;
Е - модуль упругости материала стяжного элемента;E is the modulus of elasticity of the material of the coupling element;
F - площадь поперечного сечения стяжного элемента;F is the cross-sectional area of the coupling element;
Tos - исходная температура стяжного элемента.T os - initial temperature of the clamping element.
Коэффициент, определяющий необходимую степень компенсации потери несущей способности, назначают в пределах от 0,8 до 1,2.The coefficient determining the necessary degree of compensation for the loss of bearing capacity is prescribed in the range from 0.8 to 1.2.
При этом удлинение рабочей части (перемычки) стяжного элемента (накладки) ΔL определяют по формуле:The elongation of the working part (jumper) of the coupling element (lining) ΔL is determined by the formula:
где L - исходная длина рабочей части (перемычки) стяжного элемента.where L is the initial length of the working part (jumper) of the coupling element.
В частном случае для трубы площадь поперечного сечения F перемычки стяжного элемента определяют из уравненияIn the particular case of the pipe, the cross-sectional area F of the jumper of the coupling element is determined from the equation
где σΘ - окружные напряжения, действующие в трубе в бездефектной области.where σ Θ - circumferential stresses acting in the pipe in a defect-free region.
В устройстве для задержки развития несквозного дефекта в конструкции в виде стяжного элемента с перемычкой, опирающейся на поверхность детали, стяжной элемент имеет концевые крепежные лапки и стержневую перемычку и выполнен из упругого электропроводящего материала, а стержневая перемычка выполнена с возможностью пропускания через нее электрического тока. Перемычка стяжного элемента при неизменной толщине в плане выполнена прямоугольной или бочкообразной формы. Перемычка выполнена изогнутой по форме поверхности ремонтируемого изделия.In the device for delaying the development of a non-through defect in the construction in the form of a coupling element with a jumper resting on the surface of the part, the coupling element has end fixing tabs and a rod jumper and is made of elastic electrically conductive material, and the rod jumper is configured to pass electric current through it. The jumper of the clamping element with a constant thickness in the plan is made rectangular or barrel-shaped. The jumper is made curved in the shape of the surface of the repaired product.
На фиг.1 представлена общая схема осуществления способа; на фиг.2 показан пример осуществления способа со стяжными элементами с прямоугольной перемычкой, вид сверху; на фиг.3 - стяжной элемент с бочкообразной перемычкой (например, на участке трубопровода); на фиг.4 - стяжной элемент со стержневой перемычкой; на фиг.5 - стяжной элемент со стержневой перемычкой применительно к цилиндрической поверхности; на фиг.6 показана фотография реально изготовленного плоского стяжного элемента.Figure 1 presents the General scheme of the method; figure 2 shows an example implementation of the method with the coupling elements with a rectangular jumper, top view; figure 3 - coupling element with a barrel-shaped jumper (for example, in the pipeline); figure 4 is a coupling element with a rod jumper; figure 5 - coupling element with a rod jumper in relation to a cylindrical surface; figure 6 shows a photograph of a really made flat clamping element.
Способ задержки развития дефектов в конструкциях осуществляют следующим образом. Подготавливают поверхность вблизи дефектной области (коррозионные углубления, трещины, царапины и др.) для закреплении стяжного элемента на поверхности ремонтируемой конструкции, в частности, при необходимости удаляют поверхностное покрытие, продукты коррозии и загрязнения. Подготавливают стяжной элемент преимущественно из материала, близкого к составу ремонтируемого изделия. Например, для стальных трубопроводов берут стяжной элемент из стали. Приваривают или жестко прикрепляют один из концов стяжного элемента на один из краев дефектного участка, например, трещины. Далее обеспечивают упругое удлинение стяжного элемента на заданную длину, тем самым заряжают стяжной элемент потенциальной энергией. Один из вариантов упругого удлинения заключается в том, что нагревают стяжной элемент до заданной температуры, при которой не теряются упругие свойства стяжного элемента.A method for delaying the development of defects in structures is as follows. A surface is prepared near the defective area (corrosion grooves, cracks, scratches, etc.) to fix the coupling element to the surface of the structure being repaired, in particular, if necessary, the surface coating, corrosion products and contaminants are removed. Prepare the clamping element mainly from a material close to the composition of the repaired product. For example, for steel pipelines, a steel clamp is taken. One of the ends of the coupling element is welded or rigidly attached to one of the edges of the defective area, for example, cracks. Further, the clamping element is elongated elastically by a predetermined length, thereby charging the clamping element with potential energy. One of the options for elastic elongation is that the coupling element is heated to a predetermined temperature at which the elastic properties of the coupling element are not lost.
При использовании стяжного элемента с электропроводящей (например, металлической) перемычкой, удлинение нагревом осуществляют путем пропускания электрического тока через перемычку.When using a coupling element with an electrically conductive (for example, metal) jumper, elongation by heating is carried out by passing an electric current through the jumper.
Режим нагрева выбирают исходя из формулы:The heating mode is selected based on the formula:
где Т - максимальная температура нагрева стяжного элемента;where T is the maximum heating temperature of the coupling element;
β - коэффициент, определяющий необходимую степень компенсации потери несущей способности;β - coefficient determining the necessary degree of compensation for loss of bearing capacity;
ν - коэффициент Пуассона для материала стяжного элемента;ν - Poisson's ratio for the material of the coupling element;
σ - напряжение в конкретной точке бездефектной области в районе рассматриваемого дефекта (при отсутствии дефекта) в направлении компенсации действующего усилия;σ is the stress at a specific point in the defect-free region in the region of the defect under consideration (in the absence of a defect) in the direction of compensation of the current force;
Sdef - площадь дефектной области, перпендикулярной направлению компенсации действующего усилия;S def is the area of the defective region perpendicular to the direction of compensation of the effective force;
α - температурный коэффициент линейного расширения;α is the temperature coefficient of linear expansion;
Е - модуль упругости материала стяжного элемента;E is the modulus of elasticity of the material of the coupling element;
F- площадь поперечного сечения стяжного элемента;F is the cross-sectional area of the coupling element;
Tos - исходная температура стяжного элемента.T os - initial temperature of the clamping element.
В зависимости от ответственности данного узла на существование всей конструкции коэффициент β, определяющий необходимую степень компенсации потери несущей способности, назначают в пределах от 0,8 до 1,2. Величину 0,8 берут для менее ответственных участков конструкций, а величину 1,2 - для наиболее ответственных участков конструкций.Depending on the responsibility of this node on the existence of the entire structure, the coefficient β, which determines the necessary degree of compensation for the loss of bearing capacity, is assigned in the range from 0.8 to 1.2. A value of 0.8 is taken for less critical sections of structures, and a value of 1.2 is taken for the most critical sections of structures.
Удлинение рабочей части (перемычки) стяжного элемента ΔL определяют по формуле:The elongation of the working part (jumper) of the clamping element ΔL is determined by the formula:
где L - исходная длина рабочей части (перемычки) стяжного элемента.where L is the initial length of the working part (jumper) of the coupling element.
В частном случае для трубы площадь поперечного сечения F перемычки стяжного элемента определяют из уравненияIn the particular case of the pipe, the cross-sectional area F of the jumper of the coupling element is determined from the equation
где σΘ - окружные напряжения, действующие в трубе в бездефектной области.where σ Θ - circumferential stresses acting in the pipe in a defect-free region.
После удлинения стяжного элемента прижимают его к ремонтируемой детали (изделию, телу) и приваривают (жестко прикрепляют) другой конец стяжного элемента к противоположному краю дефектного участка. Как варианты, крепежные лапки устройства закрепляют на противоположных от дефекта бездефектных областях детали, например, путем сварки, пайки, склеивания или при помощи крепежных соединений.After lengthening the coupling element, it is pressed against the part to be repaired (product, body) and the other end of the coupling element is welded (rigidly attached) to the opposite edge of the defective area. Alternatively, the fixing tabs of the device are fixed on the defect-free areas of the part opposite from the defect, for example, by welding, soldering, gluing or using fixing joints.
После этого отпускают стяжной элемент, тем самым обеспечивают укорачивание перемычки стяжного элемента за счет накопившихся в нем упругих сил и создают напряжения сжатия в области дефекта. При использовании нагревания, например, охлаждают накладку, и создают тем самым усилие стягивания противоположных краев дефектного участка изделия.After this, the clamping element is released, thereby shortening the jumper of the clamping element due to the elastic forces accumulated in it and create compression stresses in the defect area. When using heating, for example, the pad is cooled, and thereby a pulling force is created to pull the opposite edges of the defective part of the product.
Далее проводят защитные мероприятия, в частности наносят герметизирующие покрытия.Next, protective measures are carried out, in particular, sealing coatings are applied.
Устройство для осуществления способа представляет собой стяжной элемент, имеющий перемычку 1 и крепежные лапки 2, опирающиеся на поверхность детали (конструкции) 3. Стяжной элемент, как правило, выполнен как единое целое из одного упругого электропроводящего материала. Стержневая перемычка выполнена с возможностью пропускания через нее электрического тока. Желательно, чтобы рабочие поверхности лапок 2, которые будут контактировать с поверхностью конструкции 3, повторяли конфигурацию поверхности конструкции.A device for implementing the method is a coupling element having a
Если конструкция имеет плоскую поверхность, то рабочая поверхность лапок 2 должна быть плоской. Если конструкция 3 имеет искривленную поверхность (например, цилиндрическая поверхность трубопровода), то рабочая поверхность лапок должна максимально приближаться к конфигурации поверхности конструкции.If the design has a flat surface, then the working surface of the
В одном из вариантов исполнения перемычка выполнена в виде пластины, изогнутой по форме поверхности ремонтируемого изделия. При неизменной толщине перемычка стяжного элемента в плане может быть или прямоугольной, или иметь бочкообразную форму.In one embodiment, the jumper is made in the form of a plate curved in the shape of the surface of the item being repaired. With a constant thickness, the jumper of the coupling element in the plan can be either rectangular or have a barrel-shaped shape.
Также стяжной элемент может быть выполнен в виде устройства с концевыми крепежными лапками 4 и 5 и стержневой перемычкой 6. При этом вид стяжного элемента выбирается в зависимости от формы дефектной области 7.Also, the coupling element can be made in the form of a device with
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Устройство прикладывается на поверхность конструкции вблизи дефектной области (на окраинах дефектной области). После нагрева перемычки 1 (6) стяжного элемента и приварки крепежных лап 2 (4 и 5) к ремонтируемой конструкции 3 устройство приводится в заряженное состояние и готово к использованию. После отпускания (охлаждения) стяжного элемента перемычка укорачивается и стягивает противоположные края дефектной области 7. Усилия через лапки передаются на края дефектной области 7 и компенсируют потерянную в дефектной области прочность конструкции. Тем самым, в дефектной области снижается концентрация напряжений и предотвращается разрушение элементов конструкции. Далее при необходимости производится герметизация области ремонта.The device is applied to the surface of the structure near the defective area (on the outskirts of the defective area). After heating the jumper 1 (6) of the coupling element and welding the mounting legs 2 (4 and 5) to the repaired
Пример.Example.
Исследован участок стального трубопровода диаметром D=820 мм с толщиной стенки t=9 мм, работающего под внутренним рабочим давлением р=4,5 МПа (45 кг/см2). Внутренний диаметр трубопровода равен d=802 мм. Выявлено наличие несквозного углубления длиной по образующей трубы l=24 мм, шириной b=8 мм и с максимальной глубиной h=3 мм.A section of a steel pipeline with a diameter of D = 820 mm with a wall thickness of t = 9 mm, operating under an internal working pressure of p = 4.5 MPa (45 kg / cm 2 ), was investigated. The inner diameter of the pipeline is d = 802 mm. The presence of a through hole in the length along the generatrix of the pipe l = 24 mm, a width b = 8 mm and a maximum depth h = 3 mm was revealed.
Максимальная потерянная площадь по продольной оси трубы равна: Sdef≈63 мм2=0,63 см2.The maximum lost area along the longitudinal axis of the pipe is: S def ≈63 mm 2 = 0.63 cm 2 .
Окружные напряжения σΘ, действующие в трубе в бездефектной области, определили по формуле:Circumferential stresses σ ующие acting in a pipe in a defect-free region were determined by the formula:
Подставив в эту формулу исходные данные (с переводом линейных размеров в см), получилиSubstituting the initial data into this formula (with the translation of linear dimensions in cm), we obtained
Определили потерянное за счет дефекта усилие Р для рассматриваемого примера:The force P lost due to the defect was determined for the considered example:
Подставив исходные данные, получили усилие Р, потерянное за счет дефекта:Substituting the initial data, we got the force P, lost due to the defect:
Р=2005·0,63=1263,15 кГ=12631,5 Н.P = 2005 · 0.63 = 1263.15 kg = 12,631.5 N.
Площадь поперечного сечения F перемычки стяжного элемента определили из уравненияThe cross-sectional area F of the jumper of the coupling element was determined from the equation
где σα - напряжение в перемычке стяжного элемента при температурном нагружении.where σ α is the voltage in the jumper of the coupling element under temperature loading.
Задавая величину Т=120° и принимая Tos=20°, получили величину поперечного сечения F перемычки стяжного элементаBy setting the value of T = 120 ° and taking T os = 20 °, we obtained the cross-sectional value F of the jumper of the coupling element
Далее задали величину длины перемычки, используя формулуNext, set the length of the jumper using the formula
L=kb,L = kb,
где k - коэффициент, меняющийся в пределах от 1,2 до 3.where k is a coefficient varying from 1.2 to 3.
Задавая k=1,5 определили:By asking k = 1.5, we determined:
L=2·0,8=1,6 см.L = 2 · 0.8 = 1.6 cm.
Далее определили удлинение перемычки стяжного элемента (значение предварительного удлинения) при нагревании на заданную температуру по формуле:Next, we determined the elongation of the jumper of the coupling element (the value of preliminary elongation) when heated to a given temperature according to the formula:
ΔL=αL (T-Tos).ΔL = αL (TT os ).
С учетом известных данныхBased on known data
ΔL=14·10-6·1,6·(120-20)=0,00224 см=0,0244 мм,ΔL = 14 · 10 -6 · 1.6 · (120-20) = 0.00224 cm = 0.0244 mm,
при этом относительная деформацияwhile relative deformation
Таким образом, способ и устройство позволяют создавать усилия сжатия в дефектной области различных конструкций и снизить уровень концентрации напряжений. Тем самым повышается эффективность задержки развития дефектов, что в конечном итоге позволяет предотвращать разрушение конструкции. Устройства имеют малые габариты, и создают локальные нагрузки сжатия только в области дефекта. При этом упрощается технология ремонта конструкции, снижается затраты ремонтных материалов и энергозатраты, а также стоимость устройства. Данная разработка особенно важна для поддержания в работоспособном состоянии действующих трубопроводов разных диаметров и форм сечений.Thus, the method and device allows you to create compression forces in the defective area of various structures and reduce the level of stress concentration. This increases the efficiency of the delay in the development of defects, which ultimately helps to prevent structural damage. The devices are small in size, and create local compression loads only in the area of the defect. This simplifies the technology of repair of the structure, reduces the cost of repair materials and energy consumption, as well as the cost of the device. This development is especially important for maintaining in working condition the existing pipelines of different diameters and section shapes.
Claims (8)
где T - максимальная температура нагрева стяжного элемента;
β - коэффициент, определяющий необходимую степень компенсации потери несущей способности;
ν - коэффициент Пуассона для материала стяжного элемента;
σ - напряжение в конкретной точке бездефектной области в районе рассматриваемого дефекта (при отсутствии дефекта) в направлении компенсации действующего усилия;
Sdef - площадь дефектной области, перпендикулярной направлению компенсации действующего усилия;
α - температурный коэффициент линейного расширения;
Е - модуль упругости материала стяжного элемента;
F - площадь поперечного сечения стяжного элемента;
Tos - исходная температура стяжного элемента,
причем коэффициент, определяющий необходимую степень компенсации потери несущей способности, назначают в пределах от 0,8 до 1,2.2. The method according to claim 1, characterized in that the heating mode is selected based on the formula
where T is the maximum heating temperature of the coupling element;
β - coefficient determining the necessary degree of compensation for loss of bearing capacity;
ν - Poisson's ratio for the material of the coupling element;
σ is the stress at a specific point in the defect-free region in the region of the defect under consideration (in the absence of a defect) in the direction of compensation of the current force;
S def is the area of the defective region perpendicular to the direction of compensation of the effective force;
α is the temperature coefficient of linear expansion;
E is the modulus of elasticity of the material of the coupling element;
F is the cross-sectional area of the coupling element;
T os - initial temperature of the clamping element,
moreover, the coefficient determining the necessary degree of compensation for the loss of bearing capacity is prescribed in the range from 0.8 to 1.2.
где σΘ - окружные напряжения в трубе в бездефектной области.4. The method according to claim 1, characterized in that for the structural element in the form of a pipe, the cross-sectional area of the jumper of the coupling element is determined by the formula
where σ Θ are the circumferential stresses in the pipe in a defect-free region.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012137742/02A RU2519386C2 (en) | 2012-09-04 | 2012-09-04 | Method to impede development of defects in structures and device "tokmach" for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012137742/02A RU2519386C2 (en) | 2012-09-04 | 2012-09-04 | Method to impede development of defects in structures and device "tokmach" for its implementation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2012137742A RU2012137742A (en) | 2014-03-10 |
| RU2519386C2 true RU2519386C2 (en) | 2014-06-10 |
Family
ID=50191549
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012137742/02A RU2519386C2 (en) | 2012-09-04 | 2012-09-04 | Method to impede development of defects in structures and device "tokmach" for its implementation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2519386C2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115141928B (en) * | 2022-07-14 | 2023-07-04 | 电子科技大学 | Electromagnetic toughening method and system for shaft solid part |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1401892A1 (en) * | 1985-12-30 | 1994-05-15 | Государственный научно-исследовательский институт гражданской авиации | Method of decelerating growth of non-through fatigue crackings in article |
| RU2055715C1 (en) * | 1992-01-20 | 1996-03-10 | Всероссийский проектно-конструкторский технологический институт лесного машиностроения | Method for repair of base members with cracks |
| RU2380585C2 (en) * | 2007-07-27 | 2010-01-27 | Институт механики и машиностроения Казанского научного центра Российской академии наук | Yamsi attachment element |
-
2012
- 2012-09-04 RU RU2012137742/02A patent/RU2519386C2/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1401892A1 (en) * | 1985-12-30 | 1994-05-15 | Государственный научно-исследовательский институт гражданской авиации | Method of decelerating growth of non-through fatigue crackings in article |
| RU2055715C1 (en) * | 1992-01-20 | 1996-03-10 | Всероссийский проектно-конструкторский технологический институт лесного машиностроения | Method for repair of base members with cracks |
| RU2380585C2 (en) * | 2007-07-27 | 2010-01-27 | Институт механики и машиностроения Казанского научного центра Российской академии наук | Yamsi attachment element |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2012137742A (en) | 2014-03-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Ramhormozian et al. | Stiffness-based approach for Belleville springs use in friction sliding structural connections | |
| RU2455554C2 (en) | Method to increase fatigue strength of threaded joint | |
| CN206876479U (en) | A kind of fixture for being used to test reinforced plastics interlayer shear strength | |
| Yao et al. | Optimization of stop-hole parameters for cracks at diaphragm-to-rib weld in steel bridges | |
| RU2519386C2 (en) | Method to impede development of defects in structures and device "tokmach" for its implementation | |
| CN205826434U (en) | A kind of for different steel weld part bend test device | |
| Lai et al. | Effects of defects on failure of butt fusion welded polyethylene pipe | |
| CN106404522A (en) | Clamping device for pushout test on bamboo/wood member bolt pin connecting member | |
| CN206459896U (en) | A kind of device for simulating simple boundary condition when plate is tested | |
| Kang et al. | Recent development in low-constraint fracture toughness testing for structural integrity assessment of pipelines | |
| JPS608517A (en) | Wood joint for load transmission | |
| RU2500512C2 (en) | Method to retard flaw development and device to this end | |
| Falconieri et al. | The effect of titanium insert repairs on the static strength of CFRP coupons and joints | |
| Selvaraj et al. | Cold-formed steel built of columns: Experimental investigation | |
| RU2488090C1 (en) | Device for strength testing of thin-walled tubular samples or pipe sections under complex stressed conditions | |
| Igi et al. | Tensile strain capacity of X80 pipeline under tensile loading with internal pressure | |
| Abraham et al. | Conceptual investigation of partially buckling restrained braces | |
| RU2413098C1 (en) | Procedure for facilitating bearing capacity of metal structure with bolts of high strength | |
| CN109307104A (en) | A kind of building pipe antishock device | |
| Ma et al. | 12.18: Experimental investigation on cold‐formed high strength steel circular hollow sections under combined compression and bending | |
| Mathieson et al. | Development of a novel pinned connection for cold-formed steel trusses | |
| Scheibmair et al. | Moment connection for quick assembly of timber portal frame buildings: theory and validation | |
| FI93986B (en) | Tensionable screw and method for providing the bias | |
| AbouEl-Hamd et al. | Experimental Assessment of the Main Factors Controlling the Mechanical Behavior of Bolted Hybrid Connections | |
| Li et al. | Ductility and Strength of High‐strength Bolted Connections for High‐strength Constructional Steels |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20150406 |