Modwlws o Elastigedd Amrywiad gyda Thymheredd: Dylunio Strwythurau Di-staen

Nid yw modwlws elastigedd - y mesur o ba mor anystwyth yw defnydd o dan lwyth - yn rhif sefydlog ar gyferdur di-staen; mae'n gostwng yn raddol wrth i'r tymheredd godi, ac mae'r dirywiad hwnnw'n effeithio'n uniongyrchol ar faint mae aelod strwythurol yn gwyro, pa mor gynnar y mae'n byclau, a faint o ymyl sydd gan ddyluniad mewn gwirionedd. Ar gyfer unrhyw adeiledd aloi di-staen neu nicel sy'n gweithredu uwchlaw tymheredd amgylchynol - pibellau proses, cynhalwyr ffwrnais, systemau gwacáu, - llestri tymheredd uchel - sy'n defnyddio un ystafell-mae gwerth modwlws tymheredd yr holl ddyluniad yn gamgymeriad cyffredin a chanlyniadol. Mae'r canllaw hwn yn esbonio pam mae'r modwlws yn disgyn gyda thymheredd, faint ar gyfer graddau di-staen cyffredin, a sut mae codau dylunio yn ei gwneud yn ofynnol i beirianwyr roi cyfrif amdano.

Beth Yw Modwlws Elastigedd, a Pam Mae'n Newid gyda Thymheredd?

Mae modwlws elastigedd (modwlws Young, E) yn mesur anystwythder defnydd - ei wrthwynebiad i ddadffurfiad elastig o dan straen - ac mae'n gostwng wrth i dymheredd godi oherwydd bod gwres yn gwanhau'r grymoedd bondio atomig sy'n rhoi anystwythder i'r deunydd yn y lle cyntaf.

Yn syml, y modwlws elastigedd yw cymhareb straen i straen elastig: cymhwyso llwyth penodol, ac mae deunydd anystwythach (E uwch) yn gwyro llai nag un mwy hyblyg (E is). Ar y raddfa atomig, daw anystwythder o gryfder y bondiau metelaidd sy'n dal atomau yn eu safleoedd dellt. Wrth i'r tymheredd gynyddu, mae atomau'n dirgrynu'n fwy egniol ac mae'r bylchau cyfartalog rhyngddynt yn cynyddu ychydig, sy'n gwanhau'r grymoedd adfer sy'n gwrthsefyll dadleoli elastig.

Y canlyniad yw deunydd sy'n dal i ymddwyn yn elastig - mae'n dal i ddychwelyd i'w siâp gwreiddiol ar ôl ei ddadlwytho - ond mae'n gwrthsefyll anffurfiad yn llai cryf nag y gwnaeth ar dymheredd ystafell. Mae hyn yn ffenomen wahanol i golli cryfder cnwd neu ymgripiad; Mae gostyngiad modwlws yn effeithio ar bob strwythur di-staen sy'n gweithredu'n boeth, hyd yn oed un wedi'i lwytho'n dda o fewn ei ystod elastig ac ymhell o unrhyw bryder ymgripiad neu gynnyrch.

Faint Mae Modwlws Elastigedd Dur Di-staen yn Lleihau Wrth i'r Tymheredd Gynyddu?

Mae dur gwrthstaen austenitig safonol yn colli tua 20–25% o fodwlws tymheredd eu hystafell 600 gradd (1110 gradd F), ac mae'r golled honno'n raddol ac yn rhagweladwy yn hytrach nag effaith drothwy sydyn, sef yr hyn sy'n caniatáu iddo gael ei dablu a'i ddylunio o gwmpas yn hyderus.

Mae data cyfeirio a gyhoeddwyd yn ASME Adran II-D a safonau rhyngwladol cyfatebol yn dangos patrwm cyson ar draws graddau: mae modwlws yn gostwng yn esmwyth ac yn barhaus o dymheredd ystafell i fyny, heb unrhyw fylchau sydyn yn yr amrediad elastig.

Mae'r dirywiad llyfn hwn sydd wedi'i nodweddu'n dda yn un rheswm pam mae gostyngiad modwlws yn gymharol hawdd i'w gynllunio ar gyfer - yn wahanol i gryfder cnwd neu ymddygiad ymgripiad, a all amrywio mwy rhwng rhagbrofion a ffurfiau cynnyrch, mae'r berthynas tymheredd modwlws ar gyfer teulu aloi penodol yn ddigon cyson fel bod gwerthoedd tablau yn cael eu hystyried yn ddibynadwy ar draws ystod eang o ffurfiau cynnyrch a chyflenwyr.

Gwerthoedd modwlws cynrychioliadol ar gyfer graddau di-staen cyffredin ar draws -ystod tymheredd uchel nodweddiadol:

Tabl 1. Modwlws cynrychiadol o werthoedd elastigedd (E) ar gyfer graddau di-staen cyffredin ar dymheredd uchel. Mae gwerthoedd yn ddarluniadol ac yn gyflawn; cadarnhau bob amser yn erbyn y rhifyn cyfredol o ASME Adran II-D, Rhan D, neu'r fanyleb deunydd cymwys cyn ei ddefnyddio mewn cyfrifiadau dylunio.

Pam Mae Tymheredd Cynyddol yn Lleihau Modwlws Elastigedd ar y Lefel Atomig?

Mae gostyngiad modwlws yn cael ei yrru gan ehangiad thermol y dellt atomig a mwy o osgled dirgryniad atomig, ac mae'r ddau ohonynt yn gwanhau'r grymoedd bondio rhyngatomig y mae anystwythder elastig yn dibynnu ar - yr un mecanwaith ffisegol ar draws yr holl raddau aloi di-staen a nicel, er bod cyfradd y dirywiad yn amrywio gyda chyfansoddiad aloi.

Yn y bôn, mae anystwythder elastig yn swyddogaeth o grymedd yr egni potensial rhyngatomig ffynnon - pa mor sydyn mae'r grym adfer yn cynyddu wrth i atomau gael eu dadleoli o'u bylchau ecwilibriwm. Mae dwy effaith sy'n cael eu gyrru gan dymheredd yn gwastatáu'r crymedd hwnnw: yn gyntaf, mae ehangiad thermol yn cynyddu'r bylchiad atomig ar gyfartaledd, gan symud atomau ymhellach o ran fwyaf serth y ffynnon botensial; yn ail, mae mwy o osgled dirgryniad thermol i bob pwrpas yn cyfartaleddu'r grym bondio dros ystod ehangach o safleoedd atomig ar unwaith, ac mae'r rhan fwyaf ohonynt wedi'u rhwymo'n llai tynn na'r sefyllfa ecwilibriwm.

Gall elfennau aloi sy'n cynyddu cryfder bond a sefydlogrwydd dellt - nicel, molybdenwm, a chromiwm mewn cyfuniadau amrywiol - arafu'r dirywiad hwn yn gymedrol, sy'n rhan o'r rheswm pam mae aloion cyfoethog nicel yn cadw ffracsiwn uwch o'u hystafell-modwlws tymheredd ar dymheredd uwch penodol na dur carbon plaen, er bod yr holl ddur carbon plaen yn dilyn.

Sut Mae Modwlws Elastigedd Is yn Effeithio ar Ddyluniad Strwythurol?

Mae modwlws llai yn cynyddu gwyriad elastig yn uniongyrchol o dan lwyth penodol, yn lleihau'r llwyth byclo critigol o aelodau cywasgu, ac yn lleihau amledd naturiol mewn strwythurau dirgrynol - sy'n golygu y gall aelod o faint digonol ar dymheredd ystafell ddod yn llai-anystwyth, yn dueddol o byclo, neu gyseiniant{{2}sensitif ar ôl iddo gyrraedd y tymheredd gweithredu.

Mae tri gwiriad dylunio yn fwyaf sensitif i ostyngiad modwlws. Mae gwyro o dan lwyth mewn cyfrannedd gwrthdro ag E, felly gall trawst neu rychwant pibell sy'n cwrdd â therfyn gwyro ar dymheredd yr ystafell fod yn uwch na hynny ar dymheredd uchel er nad yw'r llwyth a'r straen a gymhwysir yn newid. Mae cynhwysedd byclo elastig colofnau a chregyn waliau tenau mewn cyfrannedd union ag E, felly mae'r un golled modwlws sy'n cynyddu gwyriad hefyd yn lleihau'r llwyth y mae aelod cywasgu yn dod yn ansefydlog - ystyriaeth hollbwysig ar gyfer cynheiliaid ffwrnais, cregyn llestri wal tenau, a rhediadau pibellau main.

Mae amledd naturiol strwythur dirgrynol yn gymesur â gwreiddyn sgwâr E, felly gall offer sy'n sensitif i gyseiniant (pibellau yn amodol ar ddirgryniad a achosir gan lif, paneli tenau ger peiriannau cylchdroi) symud i ystod amledd mwy cyseiniant-wrth iddo gynhesu.

Gwiriadau dylunio yr effeithir arnynt fwyaf gan ostyngiad modwlws

Allwyriad elastig a sag trawstiau, rhychwantau pibellau, a chynhalwyr o dan lwyth parhaus.

Llwyth byclo critigol o golofnau, cregyn tenau, ac aelodau cywasgu.

Amledd naturiol ac ymddygiad cyseiniant cydrannau sy'n dirgrynu.

Cyfrifiadau straen thermol, lle mae modwlws is yn rhannol wrthbwyso - ond nid yw'n dileu - straen o ehangiad thermol wedi'i atal.

Pa Raddau Dur Di-staen sy'n Cadw Modwlws Orau ar Dymheredd Uchel?

Mae dur di-staen deublyg yn dechrau gyda modwlws tymheredd ystafell ychydig yn uwch na graddau austenitig safonol ac yn cadw ffracsiwn cymharol neu ychydig yn well o'r anystwythder hwnnw trwy eu hystod gwasanaeth ymarferol, tra bod graddau ferritig yn olrhain yn agos at ymddygiad austenitig islaw eu nenfwd tymheredd ymarferol is; yn gyffredinol mae aloion nicel yn dal y ffracsiwn uchaf o fodwlws tymheredd ystafell ar y tymereddau uchaf.

Mae canran y golled mewn modwlws o dymheredd ystafell i dymheredd uchel penodol yn weddol debyg ar draws teuluoedd di-staen safonol - yn nodweddiadol yn yr ystod o 20-30% wrth 600 gradd - oherwydd bod y ffiseg waelodol (ehangu dellt a dirgryniad) yn effeithio ar yr holl aloion haearn a nicel yn yr un modd cyffredinol. Mae'r gwahaniaethau rhwng graddau felly'n ymwneud yn fwy â'r man cychwyn a'r nenfwd tymheredd ymarferol nag am gyfradd ddirywiad sylfaenol wahanol: mae graddau deublyg yn dechrau tua 2–5% yn anystwythach ar dymheredd ystafell na graddau austenitig, ac mae aloion cromiwm nicel yn ymestyn gwasanaeth adeileddol y gellir ei ddefnyddio gannoedd o raddau y tu hwnt i'r graddau lle mae graddau austenitig a deublyg safonol yn cyrraedd eu cryfderau ymarferol yn bennaf, yn hytrach nag ystyriaethau ocsideiddio yn bennaf.

Sut Mae Gostyngiad Modwlws yn Effeithio ar Fwclo a Dylunio Colofn ar Dymheredd Uchel?

Oherwydd bod llwyth bwclo critigol elastig mewn cyfrannedd union â modwlws, mae gostyngiad o 20% yn E ar dymheredd uchel yn cynhyrchu tua 20% o ostyngiad yn y llwyth bwclo critigol ar gyfer geometreg yr un aelod, a all symud colofn neu gragen o ymyl diogelwch digonol ar dymheredd ystafell i un annigonol ar dymheredd gweithredu heb unrhyw newid yn y llwyth cymhwysol.

Mae'r berthynas byclo elastig clasurol (Euler) yn dangos y ddibyniaeth uniongyrchol:

Pᶄᵣ=π²EI / (KL)²

lle Pᶄᵣ yw'r llwyth bwcio critigol, E yw'r modwlws elastigedd ar y tymheredd gweithredu, I yw moment syrthni'r aelod, K yw'r ffactor hyd effeithiol, a L yw'r hyd unbraced. Mae pob term arall yn yr hafaliad hwn yn briodwedd cyflwr geometrig neu ffin sefydlog, felly mae llwyth bwclo critigol yn symud mewn cyfrannedd union â modwlws.

Dyma pam mae angen cynnal gwiriadau byclos gyda'r gwerth modwlws ar y tymheredd gweithredu gwirioneddol ar gyfer aelodau cywasgu main - colofnau cynnal ffwrnais, -cregyn llestri muriog tenau o dan bwysau allanol, rhediadau pibellau heb eu rhwymo - gyda'r gwerth modwlws ar y tymheredd gweithredu gwirioneddol, nid y gwerth tymheredd ystafell a ddefnyddir ar gyfer ardystio deunydd. Nid yw defnyddio-tymheredd ystafell E mewn gwiriad byclo ar adeiledd poeth yn-geidwadol a gall orbwysleisio'r ymyl sydd ar gael yn ystyrlon.

Sut Mae Codau Dylunio yn Cyfrif am Amrywiad Modwlws gyda Thymheredd?

Mae codau dylunio mawr yn gofyn am -werthoedd modwlws tymheredd uchel i'w defnyddio'n uniongyrchol mewn cyfrifiadau dylunio - ASME Adran II-D yn tablu E yn erbyn tymheredd fesul aloi ar gyfer offer gwasgedd, mae Eurocode 3 yn cymhwyso ffactor lleihau tymheredd sy'n dibynnu ar -ar gyfer dylunio adeileddol a thân, ac mae canllawiau dur di-staen adeileddol yn cyfeirio at y ddwy ffynhonnell - nid yw dyluniad erioed yn seiliedig ar dymheredd {6} yn seiliedig ar dymheredd sengl{6} ystafell-gwerth modwlws tymheredd.

Tabl 2. Cymhariaeth o sut mae codau dylunio mawr a safonau cyfeirio yn mynd i'r afael â modwlws elastigedd tymheredd dibynnol.

Er gwaethaf fformatau gwahanol - gwerthoedd tabl uniongyrchol yn erbyn tymheredd-ffactorau lleihau dibynnol - mae pob un o'r tri dull yn rhannu'r un gofyniad sylfaenol: mae'n rhaid i'r modwlws a ddefnyddir mewn cyfrifiad gwyro, byclo neu anystwythder gyfateb i dymheredd gweithredu neu amlygiad gwirioneddol y deunydd, nid ei werth ystafell ardystiedig tymheredd.

Sut y Dylai Peirianwyr Addasu Cyfrifiadau Dylunio ar gyfer Strwythurau Di-staen Tymheredd Uwch?

Dylai peirianwyr nodi'r tymheredd metel parhaus uchaf ar gyfer pob gwiriad adeileddol, tynnu'r gwerth modwlws cyfatebol o'r tabl cod perthnasol yn hytrach na rhagosod i dymheredd yr ystafell, ac ail-redeg cyfrifiadau gwyro, byclo ac amledd ar y gwerth hwnnw - gan drin gostyngiad modwlws fel mewnbwn safonol ochr yn ochr â straen a ganiateir, nid mireinio dewisol.

Dilyniant ymarferol ar gyfer ymgorffori lleihau modwlws mewn dyluniad:

1. Sefydlu'r tymheredd metel llywodraethuar gyfer pob gwiriad - gall hyn fod yn wahanol i dymheredd hylif y broses a dylai adlewyrchu'r cyflwr gwaethaf, nid dros dro byr.

2. Tynnwch y tymheredd-modwlws cywiro'r tabl cod cymwys (ASME II-D, Eurocode 3, neu'r canllaw dylunio di-staen strwythurol perthnasol) yn hytrach na defnyddio gwerth tymheredd yr ystafell ardystiedig o adroddiad prawf y felin.

3. Ail-wirio terfynau gwyrodefnyddio'r modwlws llai, gan mai terfynau defnyddioldeb yn aml yw'r gwiriad cyntaf i fethu wrth i dymheredd godi, hyd yn oed cyn i'r cryfder elw ddod yn bryder.

4. Ail-wirio capasiti bycloar gyfer unrhyw aelod cywasgu muriog main neu denau, gan gymhwyso'r modwlws gostyngol yn uniongyrchol yn yr hafaliad llwyth critigol.

5. Dogfennwch y sail tymheredda ddefnyddir ar gyfer pob gwerth modwlws yn y cofnod dylunio, oherwydd efallai na fydd dyluniad sy'n ddigonol ar un tymheredd gweithredu tybiedig yn ddigonol os bydd tymheredd y gwasanaeth gwirioneddol yn cynyddu'n ddiweddarach.

Cwestiynau Cyffredin

A yw modwlws colled elastigedd yn achosi niwed parhaol i ddur di-staen?

Na. Mae lleihau modwlws yn ffenomen amrediad elastig, cildroadwy - mae'r defnydd yn adennill ei ystafell-modwlws tymheredd pan fydd yn oeri, yn wahanol i ddifrod ymgripiad neu ddiraddiad metelegol, a all fod yn barhaol.

A yw gostyngiad modwlws yr un peth â cholli cryfder cnwd ar dymheredd?

Na, maent yn briodweddau perthynol ond gwahanol. Mae modwlws yn rheoli anystwythder a gwyriad elastig, tra bod cryfder cnwd yn rheoli'r straen y mae anffurfiad parhaol yn dechrau; mae'r ddau yn dirywio gyda thymheredd, ond cânt eu darllen o dablau cod ar wahân a'u defnyddio mewn cyfrifiadau gwahanol.

Ar ba dymheredd y mae lleihau modwlws yn dod yn bryder dylunio ystyrlon?

Mae'r rhan fwyaf o beirianwyr yn dechrau cyfrif yn benodol am ostyngiad modwlws unwaith y bydd tymheredd metel parhaus yn fwy na tua 150-200 gradd (300-390 gradd F), oherwydd o dan yr ystod honno mae'r gostyngiad o werthoedd tymheredd ystafell fel arfer yn ddigon bach i ddod o fewn ffiniau dylunio safonol ar gyfer y rhan fwyaf o raddau di-staen.

A yw aloion nicel bob amser yn perfformio'n well na dur gwrthstaen o ran cadw modwlws?

Yn gyffredinol ie ar dymheredd uchel, ond mae'r fantais ymarferol yn dibynnu ar yr aloion penodol sy'n cael eu cymharu a'r ystod tymheredd dan sylw; ar dymheredd cymedrol uwch gall y gwahaniaeth rhwng gradd di-staen austenitig a ddewiswyd yn dda ac aloi nicel fod yn fach, gyda gwir fantais yr aloi nicel yn cael ei yrru'n amlach gan gryfder a gwrthiant ocsideiddio ar dymheredd y tu hwnt i ystod ymarferol dur di-staen.

A ellir profi modwlws elastigedd yn uniongyrchol ar gydran mewn-gwasanaeth?

Ydy, gan ddefnyddio technegau fel mesur cyflymder uwchsonig neu brofi cyseiniant deinamig, ond at y rhan fwyaf o ddibenion dylunio mae peirianwyr yn dibynnu ar -werthoedd tablog cod cyhoeddedig ar gyfer yr aloi penodol yn hytrach na maes-profi modwlws yn uniongyrchol.