RU2623558C2 - Method of circular pipe reshaping - Google Patents

Method of circular pipe reshaping Download PDF

Info

Publication number
RU2623558C2
RU2623558C2 RU2015153577A RU2015153577A RU2623558C2 RU 2623558 C2 RU2623558 C2 RU 2623558C2 RU 2015153577 A RU2015153577 A RU 2015153577A RU 2015153577 A RU2015153577 A RU 2015153577A RU 2623558 C2 RU2623558 C2 RU 2623558C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
eff
oval
section
pipe
cross
Prior art date
Application number
RU2015153577A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2015153577A (en
Inventor
Александр Суренович Марутян
Original Assignee
Александр Суренович Марутян
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Александр Суренович Марутян filed Critical Александр Суренович Марутян
Priority to RU2015153577A priority Critical patent/RU2623558C2/en
Publication of RU2015153577A publication Critical patent/RU2015153577A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2623558C2 publication Critical patent/RU2623558C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: construction.
SUBSTANCE: change of cross-section shape of circular plane-oval pipe with size ratio of 1/3.064.
EFFECT: increased pipe strength in bending.
7 dwg

Description

Предлагаемое техническое решение относится к области обработки металла давлением, а также к области строительства и может быть использовано в мостовых и подкрановых конструкциях, в несущих системах покрытий (перекрытий) различных зданий и сооружений.The proposed technical solution relates to the field of metal forming, as well as to the field of construction and can be used in bridge and crane structures, in bearing coating systems (floors) of various buildings and structures.

Разработана рельсобалочная конструкция, содержащая подкрановую балку, выполненную трубчатой эллиптической в сечении, ориентированной большой осью вертикально [Нежданов К.К., Туманов В.А., Нежданов А.К., Карев М.А. Рельсобалочная конструкция. - Патент №2192381, 10.11.2002, бюл. №31]. Сечение рельсобалочной конструкции сбалансировано относительно главной горизонтальной оси. Однако трубчатый профиль эллиптического сечения не оптимизирован по критерию максимума несущей способности на изгиб.A rail and beam structure was developed containing a crane beam made of a tubular elliptical in cross section oriented vertically by a large axis [Nezhdanov KK, Tumanov VA, Nezhdanov AK, Karev MA Rail and beam construction. - Patent No. 2192381, 11/10/2002, bull. No. 31]. The cross-section of the rail and beam structure is balanced relative to the main horizontal axis. However, the tubular profile of the elliptical section is not optimized according to the criterion of the maximum bending capacity.

Известно технические решение, оформленное как способ изготовления овальных сварных прямолинейных труб, который осуществляется следующим образом. Круглую прямошовную трубу после формовки и сварки ориентируют по периметру сечения под определенным углом относительно малой оси овала (примерно 39°32'). После ориентации сварного шва круглая труба поступает в двухвалковый калибр, где происходит ее овализация с размерами малой оси около 440 мм и большой - 650 мм [Заранкин В.Н. Способ изготовления овальных сварных прямолинейных труб. - Авторское свидетельство №1466827, 23.03.1989, бюл. №11]. Такой способ обеспечивает расположение сварных швов в зонах минимальных напряжений изгиба овальных труб, форма сечений которых, однако, отлична от профилей с максимальной несущей способностью.Known technical solution, framed as a method of manufacturing an oval welded straight pipe, which is carried out as follows. After molding and welding, the round longitudinal pipe is oriented along the perimeter of the section at a certain angle relative to the minor axis of the oval (approximately 39 ° 32 '). After the orientation of the weld, the round pipe enters the two-roll gauge, where it is ovalized with a small axis of about 440 mm and a large axis - 650 mm [V. Zarankin A method of manufacturing an oval welded straight pipe. - Copyright certificate No. 1466827, 03/23/1989, bull. No. 11]. This method provides the location of welds in the areas of minimum bending stresses of oval pipes, the cross-sectional shape of which, however, is different from profiles with maximum load-bearing capacity.

Известно еще одно техническое решение (принятое за аналог) в виде способа повышения несущей способности цилиндрической трубы на изгиб, который заключается в ее обжатии при нагреве до 600…650°C с образованием овального профиля, оптимизированного по критерию максимума несущей способности, коим является наибольший (максимальный) момент сопротивления [Нежданов К.К., Туманов В.А., Нежданов А.К., Рубликов С.Г. Способ повышения несущей способности цилиндрической трубы на изгиб. - Патент №2304479, 20.08.2007, бюл. №23]. Однако производство горячекатаного профиля овального сечения таким способом пока не освоено промышленностью.Another technical solution (adopted as an analogue) is known in the form of a method of increasing the bending capacity of a cylindrical pipe, which consists in compressing it when heated to 600 ... 650 ° C with the formation of an oval profile optimized by the criterion of maximum load capacity, which is the largest ( maximum) moment of resistance [Nezhdanov K.K., Tumanov V.A., Nezhdanov A.K., Rublev S.G. A method of increasing the bending capacity of a cylindrical pipe. - Patent No. 2304479, 08.20.2007, bull. No. 23]. However, the production of a hot-rolled oval profile in this way has not yet been mastered by industry.

Наиболее близким техническим решением (принятым за прототип) к предлагаемому является способ получения из цилиндрической трубы круглого профиля работающей на изгиб трубы овального профиля, оптимизированного по критерию максимума момента сопротивления и сплющенного раздачей трубы в холодном состоянии посредством домкратной системы изнутри между двух матриц [Нежданов К.К., Нежданов А.К., Жуков А.Н. Способ получения из цилиндрической трубы круглого профиля работающей на изгиб трубы овального профиля. - Патент №2460603, 20.04.2011, бюл. №11]. Суть отличительных признаков прототипа и аналога заключается в том, что, если трубчатые профили имеют сечения овальной формы с отношением габаритов 1/2,99999≈1/3, то моменты сопротивления этих сечений максимальны, а профили с такими сечениями обладают наибольшими ресурсами несущей способности на изгиб.The closest technical solution (adopted as a prototype) to the proposed one is a method for producing an oval profile bending pipe with a circular profile optimized by the criterion of maximum resistance moment and flattened by the distribution of the pipe in the cold state by means of a jack system from the inside between the two matrices [K. Nezhdanov K., Nezhdanov A.K., Zhukov A.N. A method of obtaining an oval profile pipe bending from a cylindrical pipe of a round profile. - Patent No. 2460603, 04/20/2011, bull. No. 11]. The essence of the distinguishing features of the prototype and analogue is that, if the tubular profiles have oval sections with an aspect ratio of 1 / 2,99999≈1 / 3, then the moments of resistance of these sections are maximum, and profiles with such sections have the greatest bearing capacity resources on bend.

Основной недостаток прототипа, равно как и остальных технических решений, заключается в сложной форме овальной трубы, поверхность которой характеризуется полным отсутствием плоских участков и таким же отсутствием участков постоянной кривизны. Такая характерность увеличивает сложности, как изготовления самой трубы, так и ее применения в стержневых или балочных конструкциях, что сопровождается определенным ростом затрат.The main disadvantage of the prototype, as well as other technical solutions, lies in the complex shape of the oval pipe, the surface of which is characterized by the complete absence of flat sections and the same absence of sections of constant curvature. Such a characteristic increases the complexity of both manufacturing the pipe itself and its use in bar or beam structures, which is accompanied by a certain increase in costs.

Так, например, овальные трубы на 3,5…4,4% дороже плоскоовальных профилей:So, for example, oval pipes are 3.5 ... 4.4% more expensive than flat oval profiles:

- по прайс-листу от 01.04.2008 ОАО Московский трубный завод (Москва, ул. Барклая, 6) тонна овальной трубы стоила 37090 рублей, а плоскоовальной - 35510 рублей (37090/35510=1,044);- according to the price list dated April 1, 2008 Moscow Tube Works OJSC (6, Barclay St., Moscow) a ton of oval pipe cost 37,090 rubles, and a flat oval pipe - 35,510 rubles (37090/35510 = 1,044);

- по прайс-листу от 27.11.2013 КлассиК ООО ПКФ (Киев, ул. Марата, 21) тонна овальной трубы стоила 8800 гривен, а плоскоовальной - 8500 гривен (8800/8500=1,035).- according to the price list dated 11/27/2013 KlassiK PKF LLC (21, Marata St., Kiev) a ton of oval pipe cost 8,800 hryvnias, and a flat-oval one - 8500 hryvnias (8800/8500 = 1,035).

Техническим результатом предлагаемого решения является увеличение несущих возможностей трубчатого профиля за счет роста прочностной характеристики на изгиб, уменьшения сложностей его изготовления и применения в стержневых или балочных конструкциях, а также снижения затрат на них.The technical result of the proposed solution is to increase the load-bearing capacity of the tubular profile due to the increase in the strength characteristics of the bend, reduce the difficulties of its manufacture and use in rod or beam structures, as well as reduce costs for them.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе перепрофилирования круглой трубы, включающем изменение поперечного сечения трубы, получают трубу с поперечным сечение плоскоовальной формы с отношением габаритных размеров 1/3,064The specified technical result is achieved by the fact that in the method of reprofiling a round pipe, including changing the cross section of the pipe, receive a pipe with a cross section of a flat oval shape with a ratio of overall dimensions of 1 / 3,064

Предлагаемое техническое решение заключается в овализации трубчатых профилей круглой формы посредством технологических операций из аналога или прототипа с заменой овальной формы сечений, отличающейся отношением габаритов 1/3, на плоскоовальную форму с отношением габаритов 1/3,064.The proposed technical solution consists in ovalizing tubular profiles of a round shape by means of technological operations from an analogue or prototype with replacing an oval sectional shape that differs by a 1/3 aspect ratio by a flat oval shape with a ratio of 1 / 3.064.

Предлагаемое техническое решение поясняется графическими материалами, где на фиг. 1 приведена расчетная схема поперечного сечения плоскоовальной трубы; на фиг. 2 - расчетная схема одного из двух криволинейных участков поперечного сечения плоскоовальной трубы, имеющих форму круглых полуколец; на фиг. 3 показан общий вид плоскоовальных профилей; на фиг. 4 представлена расчетная схема поперечного сечения круглой трубы; на фиг. 5 - расчетная схема поперечного сечения трубы, полностью сплющенной в вертикальной плоскости; на фиг. 6 - расчетная схема поперечного сечения трубы, полностью сплющенной в горизонтальной плоскости; на фиг. 7 изображен поперечный разрез плоскоовальной трубы, обжатой валками с четырех сторон.The proposed technical solution is illustrated by graphic materials, where in FIG. 1 shows a design diagram of the cross section of a flat oval pipe; in FIG. 2 is a design diagram of one of two curved sections of a cross section of a flat oval pipe having the shape of round half rings; in FIG. 3 shows a general view of flat oval profiles; in FIG. 4 shows a design diagram of a cross section of a round pipe; in FIG. 5 is a design diagram of a cross section of a pipe completely flattened in a vertical plane; in FIG. 6 is a design diagram of a cross section of a pipe completely flattened in a horizontal plane; in FIG. 7 is a cross-sectional view of a flat oval pipe crimped by rolls on four sides.

Для вывода приведенного отношения и количественной оценки ресурсов несущей способности на изгиб целесообразно рассчитать осевой момент инерции I X и момент сопротивления W X, а также площадь сечения А плоскоовального трубчатого профиля. Сечение этого профиля можно рассматривать как фигуру, включающую в свой состав два прямоугольника и два полукольца. В свою очередь за составное полукольцо можно принять сектор тонкостенного кольца с угловым параметром α=90°=π/2=1,57 [Справочник по сопротивлению материалов / Под ред. Г.С. Писаренко. - Киев: Наукова думка, 1988. - С. 68-69]:To derive the given ratio and quantify the resources of the bearing capacity for bending, it is advisable to calculate the axial moment of inertia I X and the moment of resistance W X , as well as the cross-sectional area A of the flat oval tubular profile. The section of this profile can be considered as a figure that includes two rectangles and two half rings. In turn, a sector of a thin-walled ring with an angular parameter α = 90 ° = π / 2 = 1.57 can be taken as a composite half-ring [Material Resistance Handbook / Ed. G.S. Pisarenko. - Kiev: Naukova Dumka, 1988. - S. 68-69]:

y c=Rsinα/α=R×1/1,57=0,6369426R=0,6369426×0,5U=0,3185U; y c = R sinα / α = R × 1 / 1.57 = 0.6369426 R = 0.6369426 × 0.5 U = 0.3185 U ;

I X=(2α+sin2α-4(sinα)2/α)R 3 t/2=(3,14+0-4/1,57)R 3 t/2=0,2961146(0,5U)3 t=0,0370143U 3 t; I X = (2α + sin2α-4 (sinα) 2 / α) R 3 t / 2 = (3.14 + 0-4 / 1.57) R 3 t / 2 = 0.2961146 (0.5 U ) 3 t = 0.0370143 U 3 t ;

I Y=((2α-sin2α)R 3 t/2=(3,14-0)R 3 t/2=1,57(0,5U)3 t=0,196250U 3 t; I Y = ((2α-sin2α) R 3 t / 2 = (3.14-0) R 3 t / 2 = 1.57 (0.5 U ) 3 t = 0.196250 U 3 t ;

A=2αRt=2×1,57×0,5U=1,57Ut, A = 2α Rt = 2 × 1.57 × 0.5 U = 1.57 Ut ,

где y c, I X, I Y, A - соответственно ордината центра тяжести сечения, момент инерции сечения относительно оси x-x, момент инерции сечения относительно оси y-y, площадь сечения полукольца;where y c , I X , I Y , A are respectively the ordinate of the center of gravity of the section, the moment of inertia of the section relative to the xx axis, the moment of inertia of the section relative to the yy axis, the cross-sectional area of the half ring;

R - радиус полукольца по его средней линии, R=0,5U; R is the radius of the semicircle along its midline, R = 0.5 U ;

U - меньший габарит поперечного сечения плоскоовальной трубы по средней линии; U is the smaller dimension of the cross section of the flat oval pipe in the midline;

V - больший габарит поперечного сечения плоскоовальной трубы по средней линии; V is the larger dimension of the cross section of a flat oval pipe in the midline;

n - отношение меньшего габарита к большему, n=U/V. n is the ratio of the smaller to the larger, n = U / V.

t - толщина стенки плоскоовальной трубы. t is the wall thickness of the flat oval pipe.

Для расчета осевого момента инерции сечения плоскоовальной трубы можно применить правило параллельного переноса осей:To calculate the axial moment of inertia of a section of a flat oval pipe, you can apply the rule of parallel transfer of axes:

I X=2(0,0370143U 3 t+1,57Ut(U(0,5/n-0,5)+0,3185U)2+8U 3(0,5/n-0,5)3 t/12)=U 3 t(0,0740286+0,785(1/n-0,363)2+(1/n-1)3/6), I X = 2 (0.0370143 U 3 t +1.57 Ut ( U (0.5 / n -0.5) +0.3185 U ) 2 +8 U 3 (0.5 / n -0.5 ) 3 t / 12) = U 3 t (0,0740286 + 0,785 (1 / n -0,363) 2 + (1 / n -1) 3/6),

где значение большего габарита V заменено его соотношением с меньшим габаритом U, то есть V=U/n.where the value of the larger dimension V is replaced by its ratio with the smaller dimension U , that is, V = U / n .

Момент сопротивления по средней линии относительно оси x-x:The moment of resistance along the midline relative to the x-x axis:

W X=2I X/V=2nI X/U=2nU 3 t(0,0740286+0,785(1/n-0,363)2+(1/n-1)3/6)/U=U 2 t(0,33333333/n 2+0,57/n+0,0216012n-0,13982).2 W X = I X / V = 2 nI X / U = 2 nU 3 t (0,0740286 + 0,785 (1 / n -0,363) 2 + (1 / n -1) 3/6) / U = U 2 t (0.33333333 / n 2 + 0.57 / n +0.0216012 n -0.13982).

Площадь поперечного сечения тонкостенной плоскоовальной трубы допустимо рассчитать по длине средней линии:The cross-sectional area of a thin-walled flat oval pipe can be calculated along the length of the midline:

A=tU+2(U/n-U)=t(3,14U+2U(1/n-1)=Ut(2/n+1,14). A = tU +2 ( U / n - U ) = t (3.14 U +2 U (1 / n -1) = Ut (2 / n +1.14).

Полученные расчетные формулы необходимо протестировать, так как для их вывода использована средняя линия поперечного сечения плоскоовальной трубы. Кроме того, момент сопротивления сечения относительно оси x-x рассчитан на уровне той же средней линии. Тестовый расчет целесообразно выполнить на базе 12 наиболее крупнокалиберных и толстостенных плоскоовальных труб типа А по ГОСТ Р 54157-2010, а его основные итоги нагляднее представить в табличной форме (см. табл.). Как видно, полученные расчетные формулы достаточно корректны для продолжения численных выкладок с их применением.The obtained calculation formulas must be tested, since the middle line of the cross section of the flat oval pipe was used to derive them. In addition, the moment of resistance of the cross section relative to the x-x axis is calculated at the level of the same midline. It is advisable to perform a test calculation on the basis of the 12 largest large-caliber and thick-walled flat-oval type A pipes according to GOST R 54157-2010, and its main results are more clearly presented in tabular form (see table). As can be seen, the obtained calculation formulas are correct enough to continue numerical calculations with their application.

Если для продолжения расчетных выкладок в качестве исходных данных принять площадь сечения A=const с толщиной t=const штрипса (листовой заготовки), то в формуле для момента сопротивления W X целесообразно из двух переменных величин U и n оставить только последнюю:If, to continue the computational calculations, we take as the initial data the cross-sectional area A = const with the thickness t = const of the strip (sheet blank), then in the formula for the moment of resistance W X it is advisable to leave only the last of the two variables U and n :

U=(A/t)(1/(2/n+1,14)); U = ( A / t ) (1 / (2 / n +1.14));

U 2=((A/t)(1/(2/n+1,14)))2;=(A 2/t 2)(1/(4/n 2+4,56/n+1,2996)); U 2 = (( A / t ) (1 / (2 / n +1.14)) 2 ; = ( A 2 / t 2 ) (1 / (4 / n 2 + 4.56 / n +1, 2996));

W X=U 2 t(0,33333333/n 2+0,57/n+0,0216012n-0,13982)=(A 2/t 2)(1/(4/n 2+4,56/n+1,2996))t(0,33333333/n 2+0,57/n+0,0216012n-0,13982)=(A 2/t)(0,33333333/n 2+0,57/n+0,0216012n-0,13982)/(4/n 2+4,56/n+1,2996). W X = U 2 t (0.33333333 / n 2 + 0.57 / n +0.0216012 n -0.13982) = ( A 2 / t 2 ) (1 / (4 / n 2 + 4.56 / n +1.2996)) t (0.33333333 / n 2 + 0.57 / n +0.0216012 n -0.13982) = ( A 2 / t ) (0.33333333 / n 2 + 0.57 / n +0.0216012 n -0.13982) / (4 / n 2 + 4.56 / n +1.2996).

Чтобы найти экстремальное значение момента сопротивления W X его формулу необходимо продифференцировать по переменной n:To find the extreme value of the moment of resistance W X, its formula must be differentiated with respect to the variable n :

dW X/dn=d((A 2/t)(0,33333333/n 2+0,57/n+0,0216012n-0,13982)/(4/n 2+4,56/n+1,2996))/(dn)==(A 2/t)(0,7599988/n 4-1,98496/n 3-1,1191368/n 2+0,1970028/n+0,0280729)/(4/n 2+4,56/n+1,2996)2. dW X / dn = d (( A 2 / t ) (0.33333333 / n 2 + 0.57 / n +0.0216012 n -0.13982) / (4 / n 2 + 4.56 / n +1 , 2996)) / ( dn ) == ( A 2 / t ) (0.7599988 / n 4 -1.98496 / n 3 -1.1191368 / n 2 + 0.1970028 / n +0.0280729) / ( 4 / n 2 + 4,56 / n +1,2996) 2 .

Приравняв к нулю производную (dW X/dn=0), можно получить уравнение четвертой степениEquating the derivative to zero ( dW X / dn = 0), we can obtain an equation of the fourth degree

0,7599988/n 4-1,98496/n 3-1,1191368/n 2+0,1970028/n+0,0280729=00.7599988 / n 4 -1.98496 / n 3 -1.1191368 / n 2 + 0.1970028 / n + 0.0280729 = 0

илиor

0,0280729n 4+0,1970028n 3-1,1191368n 2-1,98496n+0,7599988=00.0280729 n 4 +0.1970028 n 3 -1.1191368 n 2 -1.98496 n + 0.7599988 = 0

с корнямиwith roots

n 1=-10,216734; n 2=-1,7543858; n 3=0,32641796; n 4=4,6271586. n 1 = -10.216734; n 2 = -1.7543858; n 3 = 0.32641796; n 4 = 4.6271586.

Из этих корней практический интерес представляет третий, значение которого можно округлить до n 3=0,32642=1/3,064, получив тем самым приведенное отношение.Of these roots, the third is of practical interest, the value of which can be rounded to n 3 = 0.32642 = 1 / 3.064, thereby obtaining the above ratio.

При n=U/V=0,32642=1/3,064 трубчатый профиль с плоскоовальным сечением имеет следующие параметры:With n = U / V = 0.32642 = 1 / 3.064, the tubular profile with a flat oval cross-section has the following parameters:

U=(A/t)(1/(2/n+1,14))=(A/t)(1/(2/0,32642+1,14))=0,1376069A/t; U = ( A / t ) (1 / (2 / n +1.14)) = ( A / t ) (1 / (2 / 0.32642 + 1.14)) = 0.1376069 A / t ;

V=(A/t)(1/(2+1,14n))=(A/t)(1/(2+1,14×0,32642))=0,4215640A/t; V = ( A / t ) (1 / (2 + 1.14 n )) = ( A / t ) (1 / (2 + 1.14 × 0.32642)) = 0.4215640 A / t ;

n=0,1376069/0,4215640=0,3264199≈0,32642=1/3,064; n = 0.1376069 / 0.4215640 = 0.3264199≈0.32642 = 1 / 3.064;

W X=(A 2/t)(0,33333333/n 2+0,57/n+0,0216012n-0,13982)/(4/n 2+4,56/n+1,2996)=(A 2/t)(0,33333333/0,326422+0,57/0,32642+0,0216012×0,32642-0,13982)/(4/0,326422+4,56/0,32642+1,2996)=0,0897905A 2/t; W X = ( A 2 / t ) (0.33333333 / n 2 + 0.57 / n +0.0216012 n -0.13982) / (4 / n 2 + 4.56 / n +1.2996) = ( A 2 / t ) (0.33333333 / 0.32642 2 + 0.57 / 0.32642 + 0.0216012 × 0.32642-0.13982) / (4 / 0.32642 2 + 4.56 / 0 32642 + 1.2996) = 0.0897905 A 2 / t ;

I X=U 3 t(0,0740286+0,785(1/n-0,363)2+(1/n-1)3/6)=(0,1376069A/t)3 t(0,0740286+0,785(1/0,32642-0,363)2+(1/0,32642-1)3/6)=0,0189529A 3/t 2; I X = U 3 t (0,0740286 + 0,785 (1 / n -0,363) 2 + (1 / n -1) 3/6) = (0,1376069 A / t) 3 t (0,0740286 + 0,785 ( 1 / 0,32642-0,363) 2 + (1 / 0,32642-1) 3/6) = 0,0189529 A 3 / t 2;

I X=W X V/2=(0,0897905A 2/t)(0,4215640A/t)/2=0,0189262A 3/t 2, I X = W X V / 2 = (0.0897905 A 2 / t ) (0.4215640 A / t ) / 2 = 0.0189262 A 3 / t 2 ,

где два значения одного и того же момента инерции I X позволяют сравнить их в качестве своего рода контрольной проверки, погрешность которой составляет 100(0,0189529-0,0189262)/(0,0189529…0,0189262)=0,1409…0,1411%.where two values of the same moment of inertia I X make it possible to compare them as a kind of control check, the error of which is 100 (0.0189529-0.0189262) / (0.0189529 ... 0.0189262) = 0.1409 ... 0 , 1411%.

Оптимизированное таким образом сечение плоскоовальной трубы (предлагаемое техническое решение) интересно сопоставить с аналогичным сечением овальной трубы (прототипом). Для корректного сопоставления численные выкладки целесообразно повторить применительно к овальному сечению, приняв площадь сечения A=const с толщиной t=const и используя расчетные формулы его геометрических характеристик [Справочник проектировщика промышленных, жилых и общественных зданий и сооружений. Расчетно-теоретический. - В 2 кн. Кн. 1 / Под ред. А.А. Уманского. - М.: Стройиздат, 1972. - С. 364]:It is interesting to optimize the cross-sectional oval pipe section (proposed technical solution) in this way with a similar oval pipe section (prototype). For the correct comparison, it is advisable to repeat the numerical calculations in relation to the oval section, taking the section area A = const with the thickness t = const and using the calculation formulas of its geometric characteristics [Reference book of the designer of industrial, residential and public buildings and structures. Settlement-theoretical. - In 2 kn. Prince 1 / Ed. A.A. Umansky. - M .: Stroyizdat, 1972. - S. 364]:

A=(π/2)/(U+V); A = (π / 2) / ( U + V );

I X=(π/32)V 2 t(3U+V); I X = (π / 32) V 2 t (3 U + V );

W X=(π/16)Vt(3U+V), W X = (π / 16) Vt (3 U + V ),

откудаwhere from

U=2A/(πt(1+1/n)); U = 2 A / (πt (1 + 1 / n ));

V=2A/(πt(1+n)), V = 2 A / (π t (1+ n )),

где U - меньший габарит поперечного сечения овальной трубы по средней линии;where U is the smaller dimension of the cross section of the oval pipe in the midline;

V - больший габарит поперечного сечения овальной трубы по средней линии; V is the larger dimension of the cross section of the oval pipe in the midline;

n - отношение меньшего габарита к большему, n=U/V. n is the ratio of the smaller to the larger, n = U / V.

Момент сопротивления по средней линии относительно оси x-x:The moment of resistance along the midline relative to the x-x axis:

W X=(π/16)Vt(3U+V)=(π/16)2A/(πt(1+n))t(3×2A/(πt(1+1/n))+2A/(πt(1+n)))=(A 2/(4πt))(3n+1/n+4)/(n 2+3n+1/n+3). W X = (π / 16) Vt (3 U + V ) = (π / 16) 2 A / (π t (1+ n )) t (3 × 2 A / (π t (1 + 1 / n ) ) +2 A / (π t (1+ n ))) = ( A 2 / (4π t )) (3 n + 1 / n +4) / ( n 2 +3 n + 1 / n +3).

Чтобы найти экстремальное значение момента сопротивления W X его формулу необходимо продифференцировать по переменной n:To find the extreme value of the moment of resistance W X, its formula must be differentiated with respect to the variable n :

dW X/dn=d((A 2/(4πt))(3n+1/n+4)/(n 2+3n+1/n+3))/(dn)=(A 2/(4πt))(-3n 2-8n+1/n 2-6)/(n 2+3n+1/n 2+3)2. dW X / dn = d (( A 2 / (4π t )) (3 n + 1 / n +4) / ( n 2 +3 n + 1 / n +3)) / ( dn ) = ( A 2 / (4π t )) (- 3 n 2 -8 n + 1 / n 2 -6) / ( n 2 +3 n + 1 / n 2 +3) 2 .

Приравняв к нулю производную (dW X/dn=0), можно получить уравнение четвертой степениEquating the derivative to zero ( dW X / dn = 0), we can obtain an equation of the fourth degree

-3n 2-8n+1/n 2-6=0-3 n 2 -8 n + 1 / n 2 -6 = 0

илиor

3n 4+8n 3+6n 2-1=03 n 4 +8 n 3 +6 n 2 -1 = 0

с корнямиwith roots

n 1=-1-0,000001561(-1)1/2; n 1 = -1-0.000001561 (-1) 1/2 ;

n 2=-1+0,000001561(-1)1/2; n 2 = -1 + 0.000001561 (-1) 1/2 ;

n 3=-1; n 3 = -1;

n 4=0,3333333333333333. n 4 = 0.333333333333333333.

Из этих корней практический интерес представляет четвертый, значение которого можно округлить до n 4=0,33333=1/3, получив тем самым приведенное в прототипе отношение.Of these roots, the fourth is of practical interest, the value of which can be rounded to n 4 = 0.33333 = 1/3, thereby obtaining the ratio given in the prototype.

При n=U/V=0,33333=1/3 трубчатый профиль с овальным сечением имеет следующие параметры:With n = U / V = 0.33333 = 1/3, the tubular profile with an oval section has the following parameters:

U=2A/(πt(1+1/n))=2A/(3,14t(1+1/0,33333))=0,1592356A/t; U = 2 A / (π t (1 + 1 / n )) = 2 A / (3.14 t (1 + 1 / 0.33333)) = 0.1592356 A / t ;

V=2A/(πt(1+n))=2A/(3,14t(1+0,33333))=0,4777081A/t; V = 2 A / (π t (1+ n )) = 2 A / (3.14 t (1 + 0.33333)) = 0.4777081 A / t ;

n=U/V=0,1592356/0,4777081=0,3333324≈0,33333=1/3; n = U / V = 0.1592356 / 0.4777081 = 0.3333324≈0.33333 = 1/3;

W X=(A 2/(4πt))(3n+1/n+4)/(n 2+3n+1/n+3)=(A 2/(4×3,14t))(3×0,33333+1/0,33333+4)/(0,333332+3×0,33333+1/0,33333+3)=0,089570A 2/t; W X = ( A 2 / (4π t )) (3 n + 1 / n +4) / ( n 2 +3 n + 1 / n +3) = ( A 2 / (4 × 3,14 t )) (3 × 0.33333 + 1 / 0.33333 + 4) / (0.33333 2 + 3 × 0.33333 + 1 / 0.33333 + 3) = 0.089570 A 2 / t ;

W X=(π/16)Vt(3U+V)=(3,14/16)(0,4777081(A/t))t(3×0,1592356A/t+0,477708A/t)=0,0895703A 2/t; W X = (π / 16) Vt (3 U + V ) = (3.14 / 16) (0.4777081 ( A / t )) t (3 × 0.1592356 A / t +0.477708 A / t ) = 0.0895703 A 2 / t ;

I X=(π/32)V 2 t(3U+V)=(3,14/32)(0,4777081A/t)2 t(3×0,1592356A/t+0,4777081A/t)=0,0213942A 3/t 2; I X = (π / 32) V 2 t (3 U + V ) = (3.14 / 32) (0.4777081 A / t ) 2 t (3 × 0.1592356 A / t +0.4777081 A / t ) = 0.0213942 A 3 / t 2 ;

I X=W X V/2=(0,0895703A 2/t)(0,4777081A/t)/2=0,0213942A 3/t 2, I X = W X V / 2 = (0.0895703 A 2 / t ) (0.4777081 A / t ) / 2 = 0.0213942 A 3 / t 2 ,

где два значения одного и того же момента инерции I X совпали, а два значения одного и того же момента сопротивления позволяют сравнить их в качестве своего рода контрольной проверки, погрешность которой составляет 100(0,0895703-0,089570)/(0,0895703…0,089570)=0,00033%.where the two values of the same moment of inertia I X coincided, and the two values of the same moment of resistance allow you to compare them as a kind of control test, the error of which is 100 (0.0895703-0.089570) / (0.0895703 ... 0.089570) = 0.00033%.

Сравнение итогов позволяет сделать вывод, согласно которому расчетные параметры прототипа по абсолютной величине превышают расчетные параметры предложенного решения за исключением прочностной характеристики W X:A comparison of the results allows us to conclude that the calculated parameters of the prototype in absolute value exceed the calculated parameters of the proposed solution with the exception of the strength characteristics W X :

ΔU=0,1592356/0,1376069=1,1571774;Δ U = 0.1592356 / 0.1376069 = 1.1571774;

ΔV=0,4777081/0,421564=1,1331804;Δ V = 0.4777081 / 0.421564 = 1.1331804;

ΔI X=0,0213942/0,0189262=1,1304012;Δ I X = 0.0213942 / 0.0189262 = 1.1304012;

ΔW X=0,0895703/0,0897905=0,9975476,Δ W X = 0.0895703 / 0.0897905 = 0.9975476,

то есть при заданных условиях, когда A=const и t=const, a W X=W max, у плоскоовальных труб поперечные сечения на 13,3…15,7% компактнее, чем у овальных, при этом у овальных труб осевые моменты инерции сечений на 13,04% больше, а моменты сопротивления на 0,245% меньше, чем у плоскоовальных.that is, under given conditions, when A = const and t = const, and W X = W max , cross-sectional pipes are 13.3 ... 15.7% more compact for oval pipes than oval pipes, and axial moments of inertia for oval pipes the cross sections are 13.04% larger, and the moments of resistance are 0.245% less than those of flat oval.

Проиллюстрировать полученные выводы можно на примере трубчатых профилей с круглым сечением, геометрические характеристики которого составляют [Справочник по сопротивлению материалов / Отв. ред. Писаренко Г.С. - Киев: Наукова думка, 1988. - С. 60-61]:The findings can be illustrated by the example of tubular profiles with a circular cross section, the geometric characteristics of which are [Handbook of resistance of materials / Res. ed. Pisarenko G.S. - Kiev: Naukova Dumka, 1988. - S. 60-61]:

d=U=V, то есть n=1; d = U = V , i.e. n = 1;

Adt=3,14dt; A = π dt = 3.14 dt ;

I X=I Yd 3 t/8=0,3925d 3 t; I X = I Y = π d 3 t / 8 = 0.3925 d 3 t ;

W X=W Yd 2 t/4=0,7850d 2 t, W X = W Y = π d 2 t / 4 = 0.7850 d 2 t ,

где d - диаметр сечения по его средней линии.where d is the diameter of the section along its midline.

Если для усиления трубчатых профилей использовать прототип, то геометрические характеристики их сечений изменятся следующим образом:If a prototype is used to strengthen the tubular profiles, the geometric characteristics of their sections will change as follows:

U=0,1592356A/t=0,1592356×3,14dt/t=0,4999997d≈0,5d; U = 0.1592356 A / t = 0.1592356 × 3.14 dt / t = 0.4999997 d ≈0.5 d ;

V=0,4777081A/t=0,4777081×3,14dt/t=1,5000034d≈1,5d; V = 0.4777081 A / t = 0.4777081 × 3.14 dt / t = 1.5000034 d ≈1.5 d ;

I X=0,0213942A 3/t 2=0,0213942(3,14dt)3/t 2=0,6623461d 3 t; I X = 0.0213942 A 3 / t 2 = 0.0213942 (3.14 dt ) 3 / t 2 = 0.6623461 d 3 t ;

W X=0,089570A 2/t=0,089570(3,14dt)2/t=0,8831273d 2 t; W X = 0.089570 A 2 / t = 0.089570 (3.14 dt ) 2 / t = 0.8831273 d 2 t ;

ΔU=0,5/1=0,5;Δ U = 0.5 / 1 = 0.5;

ΔV=1,5/1=1,5;Δ V = 1.5 / 1 = 1.5;

ΔI X=0,6623461/0,3925=1,6875059;Δ I X = 0.6623461 / 0.3925 = 1.6875059;

ΔW X=0,8831273/0,7850=1,1250029,Δ W X = 0.8831273 / 0.7850 = 1.1250029,

то есть габарит по ширине уменьшился в 2 раза, а по высоте увеличился в 1,5 раза, при этом жесткостная характеристика I X увеличилась на 68,8%, а прочностная W X - 12,5%.that is, the width dimension decreased by 2 times, and increased 1.5 times in height, while the stiffness characteristic I X increased by 68.8%, and the strength W X - 12.5%.

Если для усиления трубчатых профилей использовать предлагаемое решение, то геометрические характеристики их сечений изменятся несколько иначе, чем в случае с прототипом:If we use the proposed solution to strengthen the tubular profiles, then the geometric characteristics of their sections will change somewhat differently than in the case of the prototype:

U=0,1376069A/t=0,1376069×3,14dt/t=0,4320856d; U = 0.1376069 A / t = 0.1376069 × 3.14 dt / t = 0.4320856 d ;

V=0,4215640A/t=0,4215640×3,14dt/t=1,3237109d; V = 0.4215640 A / t = 0.4215640 × 3.14 dt / t = 1.33237109 d ;

I X=0,0189529A 3/t 2=0,0189529(3,14dt)3/t 2=0,5867652d 3 t; I X = 0.0189529 A 3 / t 2 = 0.0189529 (3.14 dt ) 3 / t 2 = 0.5867652 d 3 t ;

W X=0,0897905A 2/t=0,0897905(3,14dt)2/t=0,8852981d 2 t; W X = 0.0897905 A 2 / t = 0.0897905 (3.14 dt ) 2 / t = 0.8852981 d 2 t ;

ΔU=0,4320856/1=0,4320856;Δ U = 0.4320856 / 1 = 0.4320856;

ΔV=1,3237109/1=1,3237109;Δ V = 1.3237109 / 1 = 1.3237109;

ΔI X=0,5867652/0,3925=1,4949431;Δ I X = 0.5867652 / 0.3925 = 1.4949431;

ΔW X=0,8852981/0,7850=1,1277682,Δ W X = 0.8852981 / 0.7850 = 1.1277682,

то есть габарит по ширине уменьшился в 2,31 раза, а по высоте увеличился в 1,32 раза, при этом жесткостная характеристика I X увеличилась на 49,5%, а прочностная W X - 12,8%.that is, the width dimension decreased 2.31 times, and height increased 1.32 times, while the stiffness characteristic I X increased by 49.5%, and the strength W X - 12.8%.

Такие итоги еще раз подтвердили, что при заданных условиях, когда A=const и t=const, a W X=W max, у плоскоовальных труб поперечные сечения на 13,6…15,5% (1,5/1,32…2,31/2=1,1363636…1,1550) компактнее, чем у овальных, при этом у овальных труб осевые моменты инерции сечений на 12,88% (1,6875059/1,4949431=1,1288094) больше, а моменты сопротивления на 0,246% (1,1277682/1,1250029=1,002458) меньше, чем у плоскоовальных.Such results once again confirmed that under the given conditions, when A = const and t = const, and W X = W max , the cross-sectional pipes have cross sections of 13.6 ... 15.5% (1.5 / 1.32 ... 2.31 / 2 = 1.1363636 ... 1.1550) is more compact than that of oval pipes, while in oval pipes the axial moments of inertia of the cross sections are 12.88% (1.6875059 / 1.4949431 = 1.1288094) more, and resistance moments are 0.246% (1.1277682 / 1.1250029 = 1.002458) less than for flat oval.

Все приведенные расчеты плоскоовальных, овальных и круглых сечений трубчатых профилей выполнены в предположении, что они имеют одну и ту же исходную листовую заготовку (штрипс) с постоянной площадью сечения (A=const) и постоянной толщиной (t=const). Такая предпосылка ограничивает изменение габаритов рамками, которые определяются полным сплющиванием трубчатых профилей:All the above calculations of flat oval, oval and round sections of tubular profiles were performed under the assumption that they have the same initial sheet blank (strip) with a constant cross-sectional area ( A = const) and constant thickness ( t = const). This premise limits the change in dimensions to frames, which are determined by the complete flattening of the tubular profiles:

- в общем случае- in general

U min=tU при VV max=0,5A/t или V min=tV при UU max=0,5A/t; U min = tU at VV max = 0.5 A / t or V min = tV at UU max = 0.5 A / t ;

- в случае круглого сечения- in case of round section

U min=tU при VV max=1,57d или V min=tV при UU max=1,57d. U min = tU at VV max = 1,57 d or V min = tV at UU max = 1,57 d .

В аналоге (патент №2304479) и прототипе (патент №2460603) после перепрофилирования круглых труб в овальные профили габаритные размеры превысили обозначенные рамки:In the analogue (patent No. 2304479) and prototype (patent No. 2460603) after the conversion of round pipes into oval profiles, the overall dimensions exceeded the indicated frames:

1. круглая труба 1020×8 мм (А=254 см2; t=0,8 см)1. round pipe 1020 × 8 mm ( A = 254 cm 2 ; t = 0.8 cm)

d=254/(0,8×3,14)=101,1464 см; d = 254 / (0.8 × 3.14) = 101.1464 cm;

V max=1,57d=1,57×101,11464=158,74998 см<V=178,594 см; V max = 1.57 d = 1.57 × 101.11464 = 158.74998 cm < V = 178.594 cm;

ΔI X=2,08>1,6875059;Δ I X = 2.08>1.6875059;

ΔW X=1,213>1,1250029;Δ W X = 1.213>1.1250029;

2. круглая труба 1220×9 мм (A=342 см2; t=0,9 см)2. round pipe 1220 × 9 mm ( A = 342 cm 2 ; t = 0.9 cm)

d=342/(0,9×3,14)=121,0191 см; d = 342 / (0.9 × 3.14) = 121.0191 cm;

V max=1,57d=1,57×121,0191=189,99998 см<V=213,75 см; V max = 1.57 d = 1.57 × 121.0191 = 189.99998 cm < V = 213.75 cm;

ΔI X=2,087>1,6875059;Δ I X = 2.087>1.6875059;

ΔW X=1,209>1,1250029;Δ W X = 1.209>1.1250029;

3. круглая труба 1320×11 мм (A=452,3579 см2; t=1,1 см)3. round pipe 1320 × 11 mm ( A = 452.3579 cm 2 ; t = 1.1 cm)

d=452,3579/(1,1×3,14)=130,96638 см; d = 452.3579 / (1.1 × 3.14) = 130.96638 cm;

V max=1,57d=1,57×130,96638=205,61721 см<V=231,136 см; V max = 1.57 d = 1.57 × 130.96638 = 205.61721 cm < V = 231.136 cm;

ΔI X=2,125>1,6875059;Δ I X = 2.125>1.6875059;

ΔW X=1,197>1,1250029;Δ W X = 1.197>1.1250029;

4. круглая труба 1420×10 мм (А=443 см2; t=1,0 см)4. round pipe 1420 × 10 mm ( A = 443 cm 2 ; t = 1.0 cm)

d=443/(1,0×3,14)=141,0828 см; d = 443 / (1.0 × 3.14) = 141.0828 cm;

V max=1,57d=1,57×141,0828=221,49999 см<V=249,184 см; V max = 1.57 d = 1.57 × 141.0828 = 221.49999 cm < V = 249.184 cm;

ΔI X=2,125>1,6875059;Δ I X = 2.125>1.6875059;

ΔW X=1,197>1,1250029.Δ W X = 1.197> 1.1250029.

Как видно, такое превышение габаритов сопровождается повышенным ростом осевых моментов инерции и моментов сопротивления сечения, что можно объяснить определенным удлинением средних линий круглых профилей в процессе их овализации.As can be seen, such an excess of dimensions is accompanied by an increased increase in the axial moments of inertia and moments of resistance of the cross section, which can be explained by a certain elongation of the midlines of the round profiles during their ovalization.

Если до овализации длину средней линии допустимо рассчитывать по формуле круглого сеченияIf it is permissible to calculate the length of the midline before ovulation using the formula of round section

L=3,14d, L = 3.14 d ,

то после перепрофилирования применима формула овального сеченияthen, after reprofiling, the oval section formula is applicable

L eff=1,57(U+V), L eff = 1.57 ( U + V ),

тогда, очевидно, что при неизменной площади сечения (A=const) отмеченное удлинение сопровождается соответствующим сужением, которое в данном случае представляет собой уменьшение толщины (t≠const), то есть утоньшение стенки профиля до некоторого значения, допустимого в качестве расчетной предпосылки:then, it is obvious that with a constant cross-sectional area ( A = const), the marked elongation is accompanied by a corresponding narrowing, which in this case represents a decrease in thickness ( t ≠ const), that is, thinning the profile wall to a certain value that is acceptable as a calculated premise:

t eff=t(1-μ), t eff = t (1-μ),

где μ - коэффициент Пуассона, для стали μ=0,24…0,30 [Справочник по сопротивлению материалов / Отв. ред. Писаренко Г.С. - Киев: Наукова думка, 1988. - С. 165].where μ is the Poisson's ratio, for steel μ = 0.24 ... 0.30 [Guide to the resistance of materials / Res. ed. Pisarenko G.S. - Kiev: Naukova Dumka, 1988. - S. 165].

Здесь определенный практический интерес вызывает расчет трубчатых профилей с учетом их удлиненных средних линий и соответствующих утоньшений стенок:Here, of particular practical interest is the calculation of tubular profiles, taking into account their elongated middle lines and the corresponding thinning of the walls:

d eff=L eff/3,14, d eff = L eff / 3.14,

где d eff - диаметр условного сечения по его удлиненной средней линии;where d eff is the diameter of the conditional section along its elongated midline;

- для овальных сечений- for oval sections

U=0,5d eff; U = 0.5 d eff ;

V=1,5d eff; V = 1.5 d eff ;

I X=0,6623461d eff 3 t eff; I X = 0.6623461 d eff 3 t eff ;

W X=0,8831273d eff 2 t eff; W X = 0.8831273 d eff 2 t eff ;

- для плоскоовальных сечений- for flat oval sections

U=0,4320856d eff; U = 0.4320856 d eff ;

V=1,32371096d eff; V = 1.32371096 d eff ;

I X=0,5867652d eff 3 t eff; I X = 0.5867652 d eff 3 t eff ;

W X=0,8852981d eff 2 t eff. W X = 0.8852981 d eff 2 t eff .

Расчетные выкладки по приведенным формулам и сравнения их результатов нагляднее представить в развернутом виде.Calculated calculations according to the given formulas and comparison of their results are more clearly presented in expanded form.

1. Круглая труба 1020×8 мм (A=254 см2; t=0,8 см):1. Round pipe 1020 × 8 mm ( A = 254 cm 2 ; t = 0.8 cm):

L=A/t=254/0,8=317,5 см; L = A / t = 254 / 0.8 = 317.5 cm;

L eff=1,57(U+V)=1,57(59,531125+178,594)=373,85643 см; L eff = 1.57 ( U + V ) = 1.57 (59.531125 + 178.594) = 373.85643 cm;

t eff=t(1-μ)=0,8(1-0,24)=0,608 см; t eff = t (1-μ) = 0.8 (1-0.24) = 0.608 cm;

d eff=L eff/3,14=373,85643/3,14=119,06255 см; d eff = L eff / 3.14 = 373.85643 / 3.14 = 119.06255 cm;

- для овального сечения- for oval section

U=0,5d eff=0,5×119,06255=59,531275 см; U = 0.5 d eff = 0.5 × 119.06255 = 59.531275 cm;

V=1,5d eff=1,5×119,06255=178,59382 см; V = 1.5 d eff = 1.5 × 119.06255 = 178.59382 cm;

I X=0,6623461d eff 3 t eff=0,6623461×119,062553×0,606=679694,99 см4 (97,9% от прототипа); I X = 0.6623461 d eff 3 t eff = 0.6623461 × 119.06255 3 × 0.606 = 679694.99 cm 4 (97.9% of the prototype);

W X=0,8831273d eff 2 t eff=0,8831273×119,062552×0,608=7611,6221 см3 (98,3% от прототипа); W X = 0.8831273 d eff 2 t eff = 0.8831273 × 119.06255 2 × 0.608 = 7611.6221 cm 3 (98.3% of the prototype);

- для плоскоовального сечения- for flat oval section

U=0,4320856d eff=0,4320856×119,06255=51,445213 см; U = 0.4320856 d eff = 0.4320856 × 119.06255 = 51.445213 cm;

V=1,3237109d eff=1,3237109×119,06255=157,60439 см; V = 1.3237109 d eff = 1.3323109 × 119.06255 = 157.60439 cm;

I X=0,5867652d eff 3 t eff=0,5867652×119,062553×0,608=602134,39 см4; I X = 0.5867652 d eff 3 t eff = 0.5867652 × 119.06255 3 × 0.608 = 602134.39 cm 4 ;

W X=0,8852981d eff 2 t eff=0,8852981×119,062552×0,608=7630,3321 см3. W X = 0.8852981 d eff 2 t eff = 0.8852981 × 119.06255 2 × 0.608 = 7630.3321 cm 3 .

2. Круглая труба 1220×9 мм (A=342 см2; t=0,9 см):2. Round pipe 1220 × 9 mm ( A = 342 cm 2 ; t = 0.9 cm):

L=A/t=342/0,9=380,0 см; L = A / t = 342 / 0.9 = 380.0 cm;

L eff=1,57(U+V)=1,57(71,25+213,75)=447,45 см; L eff = 1.57 ( U + V ) = 1.57 (71.25 + 213.75) = 447.45 cm;

t eff=t(1-μ)=0,9(1-0,24)=0,684 см; t eff = t (1-μ) = 0.9 (1-0.24) = 0.684 cm;

d eff=L eff/3,14=447,45/3,14=142,50 см; d eff = L eff / 3.14 = 447.45 / 3.14 = 142.50 cm;

- для овального сечения- for oval section

U=0,5d eff=0,5×142,5=71,25 см; U = 0.5 d eff = 0.5 × 142.5 = 71.25 cm;

V=1,5d eff=1,5×142,5=213,75 см; V = 1.5 d eff = 1.5 × 142.5 = 213.75 cm;

I X=0,6623461d eff 3 t eff=0,6623461×142,53×0,684=1310948,5 см4 (97,9% от прототипа); I X = 0.6623461 d eff 3 t eff = 0.6623461 × 142.5 3 × 0.684 = 1310948.5 cm 4 (97.9% of the prototype);

W X=0,8831273d eff 2 t eff=0,8831273×142,52×0,684=12266,174 см3 (98,3% от прототипа); W X = 0.8831273 d eff 2 t eff = 0.8831273 × 142.5 2 × 0.684 = 12266.174 cm 3 (98.3% of the prototype);

- для плоскоовального сечения- for flat oval section

U=0,4320856d eff=0,4320856×142,5=61,572193 см; U = 0.4320856 d eff = 0.4320856 × 142.5 = 61.572193 cm;

V=1,3237109d eff=1,3237109×142,5=188,62879 см; V = 1.3237109 d eff = 1.3237109 × 142.5 = 188.62879 cm;

I X=0,5867652d eff 3 t eff=0,5867652×142,53×0,684=1161355,0 см4; I X = 0.5867652 d eff 3 t eff = 0.5867652 × 142.5 3 × 0.684 = 1161355.0 cm 4 ;

W X=0,8852981d eff 2 t eff=0,8852981×142,52×0,684=12296,325 см3. W X = 0.8852981 d eff 2 t eff = 0.8852981 × 142.5 2 × 0.684 = 12296.325 cm 3 .

3. Круглая труба 1320×11 мм (A=452,3579 см2; t=1,1 см):3. Round pipe 1320 × 11 mm ( A = 452.3579 cm 2 ; t = 1.1 cm):

L=A/t=452,3579/1,1=411,23445 см; L = A / t = 452.3579 / 1.1 = 411.23445 cm;

L eff=1,57(U+V)=1,57(77,045453+231,136)=483,84487 см; L eff = 1.57 ( U + V ) = 1.57 (77.045453 + 231.136) = 483.84487 cm;

t eff=t(1-μ)=1,1(1-0,24)=0,836 см; t eff = t (1-μ) = 1.1 (1-0.24) = 0.836 cm;

d eff=L eff/3,14=483,84487/3,14=154,09072 см; d eff = L eff / 3.14 = 483.84487 / 3.14 = 154.09072 cm;

- для овального сечения- for oval section

U=0,5d eff=0,5×154,09072=77,04536 см; U = 0.5 d eff = 0.5 × 154.09072 = 77.04536 cm;

V=1,5d eff=1,5×154,09072=231,13608 см; V = 1.5 d eff = 1.5 × 154.09072 = 231.13608 cm;

I X=0,6623461d eff 3 t eff=0,6623461×154,090723×0,836=2025912,4 см4 (95,9% от прототипа); I X = 0.6623461 d eff 3 t eff = 0.6623461 × 154.09072 3 × 0.836 = 2025912.4 cm 4 (95.9% of the prototype);

W X=0,8831273d eff 2 t eff=0,8831273×154,090722×0,836=17530,024 см3 (97,3% от прототипа); W X = 0.8831273 d eff 2 t eff = 0.8831273 × 154.09072 2 × 0.836 = 17530.024 cm 3 (97.3% of the prototype);

- для плоскоовального сечения- for flat oval section

U=0,4320856d eff=0,4320856×154,09072=61,572193 см; U = 0.4320856 d eff = 0.4320856 × 154.09072 = 61.572193 cm;

V=1,3237109d eff=1,3237109×154,09072=188,62879 см; V = 1,3237109 d eff = 1,3237109 × 154,09072 = 188,62879 cm;

I X=0,5867652d eff 3 t eff=0,5867652×154,090723×0,836=1794733,7 см4; I X = 0.5867652 d eff 3 t eff = 0.5867652 × 154.09072 3 × 0.836 = 1794733.7 cm 4 ;

W X=0,8852981d eff 2 t eff=0,8852981×154,090722×0,836=17552,094 см3. W X = 0.8852981 d eff 2 t eff = 0.8852981 × 154.09072 2 × 0.836 = 17552.094 cm 3 .

4. Круглая труба 1420×10 мм (A=443 см2; t=1,0 см):4. Round pipe 1420 × 10 mm ( A = 443 cm 2 ; t = 1.0 cm):

L=A/t=443/1,0=443,0 см; L = A / t = 443 / 1.0 = 443.0 cm;

L eff=1,57(U+V)=1,57(83,06+249,184)=521,62308 см; L eff = 1.57 ( U + V ) = 1.57 (83.06 + 249.184) = 521.62308 cm;

t eff=t(1-μ)=1,0(1-0,24)=0,760 см; t eff = t (1-μ) = 1.0 (1-0.24) = 0.760 cm;

d eff=L eff/3,14=521,62308/3,14=166,122 см; d eff = L eff / 3.14 = 521.62308 / 3.14 = 166.122 cm;

- для овального сечения- for oval section

U=0,5d eff=0,5×166,122=83,061 см; U = 0.5 d eff = 0.5 × 166.122 = 83.061 cm;

V=1,5d eff=1,5×166,122=249,183 см; V = 1.5 d eff = 1.5 × 166.122 = 249.183 cm;

I X=0,6623461d eff 3 t eff=0,6623461×166,1223×0,76=2307703,4 см4 (97,9% от прототипа); I X = 0.6623461 d eff 3 t eff = 0.6623461 × 166.122 3 × 0.76 = 2307703.4 cm 4 (97.9% of the prototype);

W X=0,8831273d eff 2 t eff=0,8831273×166,1222×0,76=18522,14 см3 (98,3% от прототипа); W X = 0.8831273 d eff 2 t eff = 0.8831273 × 166.122 2 × 0.76 = 18522.14 cm 3 (98.3% of the prototype);

- для плоскоовального сечения- for flat oval section

U=0,4320856d eff=0,4320856×166,122=71,778924 см; U = 0.4320856 d eff = 0.4320856 × 166.122 = 71.778924 cm;

V=1,3237109d eff=1,3237109×166,122=249,183 см; V = 1.33237109 d eff = 1.3323109 × 166.122 = 249.183 cm;

I X=0,5867652d eff 3 t eff=0,5867652×166,1223×0,76=2044369,4 см4; I X = 0.5867652 d eff 3 t eff = 0.5867652 × 166.122 3 × 0.76 = 2044369.4 cm 4 ;

W X=0,8852981d eff 2 t eff=0,8852981×166,1222×0,76=18567,669 см3. W X = 0.8852981 d eff 2 t eff = 0.8852981 × 166.122 2 × 0.76 = 18567.669 cm 3 .

Как видно, расчет трубчатых профилей с учетом удлинения средней линии и минимального утоньшения (коэффициент Пуассона μ=0,24) в процессе овализации их сечений достаточно корректен, поскольку с приемлемой погрешностью, не превышающей 4,1-процентного порога, совпал с расчетными выкладками, приведенными в аналоге и прототипе. При этом повышенный рост осевых моментов инерции и моментов сопротивления сечения имеет место не только в аналоге и прототипе (овальные профили), но и в предлагаемом техническом решении (плоскоовальные профили). Перепрофилирование круглых труб в овальные и плоскоовальные профили с подобным увеличением геометрических характеристик поперечных сечений приводит, однако, к неупругим (остаточным) деформациям, величина которых негативно влияет на ресурсы прочности, жесткости и устойчивости, что крайне нежелательно для таких несущих конструкций, как балки и балочные системы. Поэтому представляется более предпочтительным перепрофилирование круглых труб, оставляющее протяженность средних линий овальных и плоскоовальных сечений неизменной, то есть L=const при A=const и t=const. В таких условиях также имеет место существенное увеличение геометрических характеристик, а неупругие (остаточные) деформации носят локальный (местный) характер и практически не влияют на запасы несущей способности.As can be seen, the calculation of tubular profiles, taking into account the elongation of the midline and minimal thinning (Poisson's ratio μ = 0.24) during ovalization of their cross sections, is quite correct, since with an acceptable error not exceeding a 4.1 percent threshold, it coincided with the calculated calculations, given in the analogue and prototype. Moreover, the increased growth of axial moments of inertia and moments of resistance of the cross-section takes place not only in the analogue and prototype (oval profiles), but also in the proposed technical solution (plane-oval profiles). The reprofiling of round pipes into oval and plane-oval profiles with a similar increase in the geometric characteristics of the cross sections leads, however, to inelastic (residual) deformations, the magnitude of which negatively affects the resources of strength, stiffness and stability, which is extremely undesirable for such supporting structures as beams and beam system. Therefore, reprofiling of round pipes seems to be more preferable, leaving the length of the middle lines of oval and plane oval sections unchanged, that is, L = const at A = const and t = const. Under such conditions, there is also a significant increase in geometric characteristics, and inelastic (residual) deformations are local (local) in nature and practically do not affect the bearing capacity reserves.

Таким образом, полученные результаты расчетных выкладок и их сравнения позволяют заключить, что для увеличения прочностной характеристики предлагаемое решение эффективнее прототипа, так как рост момента сопротивления сечения при прочих равных условиях у плоскоовального профиля выше, чем у овального, а по габаритным размерам плоскоовальная форма сечения получается компактнее. При этом насколько овальное сечение по большому габариту превышает плоскоовальное, настолько же примерно рост жесткостной характеристики, то есть осевого момента инерции сечения, у него выше. Если большой габарит расположен вертикально, то он может иметь весьма существенное практическое значение, определяющее размеры строительных высот балочных конструкций, что делает выбор плоскоовальной формы поперечного сечения для трубчатых профилей более предпочтительным и обоснованным. Если к этому добавить, что такая форма проще, сложность изготовления и применения в конструкциях меньше, а цена ниже, то положительный эффект от предлагаемого технического решения может оказаться более наглядным и весомым.Thus, the obtained results of computational calculations and their comparison allow us to conclude that, to increase the strength characteristics, the proposed solution is more efficient than the prototype, since the increase in the moment of resistance of the cross section, ceteris paribus, is higher for the oval profile than for the oval profile, and in terms of overall dimensions, the flat oval section shape is obtained more compact. Moreover, as far as the oval section in large size exceeds the plane-oval, the growth of the stiffness characteristic, that is, the axial moment of inertia of the section, is also approximately higher. If the large size is located vertically, then it can have very substantial practical value, which determines the dimensions of the building heights of the beam structures, which makes the choice of a flat oval cross-sectional shape for tubular profiles more preferable and justified. If we add to this that this form is simpler, the complexity of manufacturing and use in structures is less, and the price is lower, then the positive effect of the proposed technical solution may be more visual and significant.

Claims (1)

Способ перепрофилирования круглой трубы, включающий технологические операции по изменению поперечного сечения трубы, отличающийся тем, что поперечному сечению трубы придают плоскоовальную форму с отношением габаритных размеров 1/3,064.A method of reprofiling a round pipe, including technological operations for changing the cross section of the pipe, characterized in that the cross section of the pipe is given a flat oval shape with a ratio of overall dimensions of 1 / 3,064.
RU2015153577A 2015-12-14 2015-12-14 Method of circular pipe reshaping RU2623558C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015153577A RU2623558C2 (en) 2015-12-14 2015-12-14 Method of circular pipe reshaping

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015153577A RU2623558C2 (en) 2015-12-14 2015-12-14 Method of circular pipe reshaping

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2015153577A RU2015153577A (en) 2017-06-19
RU2623558C2 true RU2623558C2 (en) 2017-06-27

Family

ID=59067932

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015153577A RU2623558C2 (en) 2015-12-14 2015-12-14 Method of circular pipe reshaping

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2623558C2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU193994U1 (en) * 2018-02-06 2019-11-22 Александр Суренович Марутян DOUBLE BEAM WITH CORRUGATED WALL AND TUBULAR BELTS
RU2756683C1 (en) * 2020-06-18 2021-10-04 Александр Суренович Марутян Method for reshaping a round pipe into a rectangular pipe
RU2795544C1 (en) * 2022-05-25 2023-05-04 Александр Суренович Марутян Method for reprofiling a round pipe into a hexagonal pipe

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2026704A1 (en) * 1969-06-12 1970-12-17 Hütte Krems Gesellschaft mbH, Krems (Österreich) Orienting continuously welded tube for fur - ther working
SU1438875A1 (en) * 1987-05-28 1988-11-23 Специальное Конструкторское Бюро "Транспрогресс" Method of producing rectangular tubes
RU2304479C2 (en) * 2005-05-24 2007-08-20 Пензенский государственный университет архитектуры и строительства Method for enhancing carrying capability of cylindrical tube at bending
RU2460603C2 (en) * 2009-10-05 2012-09-10 Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Пензенский Государственный Университет Архитектуры И Строительства" Method for obtaining oval-section pipe working in bending from cylindrical round-section pipe

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2026704A1 (en) * 1969-06-12 1970-12-17 Hütte Krems Gesellschaft mbH, Krems (Österreich) Orienting continuously welded tube for fur - ther working
SU1438875A1 (en) * 1987-05-28 1988-11-23 Специальное Конструкторское Бюро "Транспрогресс" Method of producing rectangular tubes
RU2304479C2 (en) * 2005-05-24 2007-08-20 Пензенский государственный университет архитектуры и строительства Method for enhancing carrying capability of cylindrical tube at bending
RU2460603C2 (en) * 2009-10-05 2012-09-10 Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Пензенский Государственный Университет Архитектуры И Строительства" Method for obtaining oval-section pipe working in bending from cylindrical round-section pipe

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU193994U1 (en) * 2018-02-06 2019-11-22 Александр Суренович Марутян DOUBLE BEAM WITH CORRUGATED WALL AND TUBULAR BELTS
RU2756683C1 (en) * 2020-06-18 2021-10-04 Александр Суренович Марутян Method for reshaping a round pipe into a rectangular pipe
RU2795544C1 (en) * 2022-05-25 2023-05-04 Александр Суренович Марутян Method for reprofiling a round pipe into a hexagonal pipe

Also Published As

Publication number Publication date
RU2015153577A (en) 2017-06-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2623558C2 (en) Method of circular pipe reshaping
RU2601351C1 (en) Bearing structure with grid from oval pipes
Wen On a new concept of rotary draw bend-die adaptable for bending tubes with multiple outer diameters under non-mandrel condition
RU2756683C1 (en) Method for reshaping a round pipe into a rectangular pipe
RU2304479C2 (en) Method for enhancing carrying capability of cylindrical tube at bending
RU2794273C1 (en) Method for reprofiling a round pipe into a hexagonal pipe
RU2794073C1 (en) Method for reprofiling a round pipe into a hexagonal pipe with equal sides
RU2795544C1 (en) Method for reprofiling a round pipe into a hexagonal pipe
RU2460603C2 (en) Method for obtaining oval-section pipe working in bending from cylindrical round-section pipe
RU2638476C1 (en) Method for manufacturing welded straight-seam pipes of titanium alloys
CN110378053A (en) The determination method of the two optimal curvature of cross roll straightening process circular arc roll shape of tubing
Kuboki et al. A new schedule-free mandrel-less bending method for straight/pre-shaped long tubes
RU2794269C1 (en) Method for reprofiling a round pipe into a hexagonal equicrural pipe
RU2339475C2 (en) Method of pipe blank manufacture in pipe electric welding line
RU2669410C1 (en) Half-plane profile pipe
Marutyan et al. Optimization of flat-oval pipes and perspectives of their application in beam structures
RU2268099C1 (en) Method for making sheathing preset-contour shape
Knapinski et al. The rolling tool development in order to improve the geometry of a tube profile and to reduce the wear of mill rolls
Mjaku Calculation of stresses and strain with the analytical method of pipes in high frequency longitudinal welded pipes: Calculation of stresses and strain with the analytical method of pipes in high frequency longitudinal welded pipes
RU2392073C2 (en) Method of shuttering profile obtainment
RU2408444C1 (en) Method of regulating elastic displacement of gage passes of shape mill rolls
PL241689B1 (en) Method for profiling a pipe, in particular a pipe with a square cross-section
Panin et al. STUDY THE INFLUENCE OF THE PRE-FINISH CALIBER FORM ON THE EFFECTIVENESS OF THE GROOVES FILLING IN THE FINISHING PASS DURING REINFORCING STEEL ROLLING
Zhang et al. Simulation study on steel pipe deformation behavior in retained mandrel pipe mill
RU2715778C1 (en) H-shaped curved closed profile with perforated wall

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20181215