البحث عن تأثير اللحامات على إجهاد أكوام أنابيب الصلب أثناء قيادة الوبر

مقدمة

تستخدم أكوام أنابيب الصلب على نطاق واسع في مشاريع الهندسة المدنية, خاصة في الأسس الخارجية, بناء الجسر, والمباني الشاهقة. هذه الأكوام مدفوعة إلى الأرض باستخدام المطارق التأثير, عملية تعرضهم لضغوط ديناميكية كبيرة. غالباً, يتم تصنيع أكوام أنابيب الصلب أو تمديدها عن طريق لحام أقسام متعددة معًا, إدخال اللحامات كنقاط قلق حرجة. اللحامات, بينما ضروري لتحقيق طول الكومة المطلوب, يمكن أن يغير بشكل كبير توزيع الإجهاد والسلامة الهيكلية للكومة أثناء القيادة. عيوب في اللحامات, الضغوط المتبقية من عملية اللحام, والتحميل الديناميكي أثناء القيادة الوبر يمكن أن يؤدي إلى تفاقم تركيزات الإجهاد, يحتمل أن يؤدي إلى التعب, تكسير, أو الفشل.

يستكشف هذا البحث تأثير اللحامات على إجهاد أكوام أنابيب الصلب أثناء قيادة الوبر, التركيز على توزيع الإجهاد, التركيز في مناطق اللحام, سلوك التعب, واستراتيجيات التخفيف العملية. من خلال التحليل النظري, النمذجة العددية, ودراسات الحالة, تهدف الدراسة إلى توفير فهم شامل للتأثيرات المتعلقة باللحام واقتراح طرق لتعزيز أداء الوبر.

خلفية نظرية

ميكانيكا قيادة كومة

تنطوي قيادة الوبر على استخدام المطارق المؤثر لنقل الطاقة الحركية إلى الوبر, إجباره على الأرض. تولد هذه العملية موجة إجهاد ضغط تنتشر على طول الكومة. موجة الإجهاد تنعكس على الحدود (على سبيل المثال, نصيحة الوبر أو التوقف مثل اللحامات), مما يؤدي إلى حالات الإجهاد المعقدة. تشمل الضغوط الأساسية أثناء القيادة الوبر:

1. إجهاد الضغط المحوري: تم إنشاؤه بواسطة تأثير المطرقة.
2. إجهاد الشد: الناتج عن انعكاسات الموجة, لا سيما في التربة الصعبة حيث تواجه طرف الوبر مقاومة عالية.
3. إجهاد القص: الناجم عن مقاومة التربة الجانبية أو الاختلال أثناء القيادة.
4. الإجهاد الانحناء: يحدث إذا لم تكن الوبر رأسيًا تمامًا أو إذا كانت الأحمال الجانبية موجودة.

يمكن تقريب الحد الأقصى للضغط في كومة أثناء القيادة باستخدام معادلة الموجة أحادية البعد:

أين:

• أ_ماكس: أقصى إجهاد (السلطة الفلسطينية)
• ه: معامل مرونة الصلب (نموذجيا 210 GPA)
• أ: منطقة مستعرضة من الوبر (م²)
• الخامس_عفريت: تأثير سرعة المطرقة (آنسة)
• ج: سرعة الموجة في الصلب, ج = √(ه / ص), حيث ρ هي كثافة الصلب (~ 7850 كجم/م³)

للحصول على كومة أنابيب فولاذية نموذجية مع سرعة موجة تقارب 5100 آنسة, حتى سرعة تأثير معتدلة (على سبيل المثال, 5 آنسة) يمكن أن تولد الضغوط التي تتجاوز 500 الكروب الذهنيه, تقترب أو تجاوز قوة العائد للعديد من درجات الصلب.

عيوب اللحام ودورها في توزيع الإجهاد

تقدم اللحامات عدة عوامل تؤثر على الإجهاد أثناء قيادة الوبر:

1. التوقف الهندسي: حبات اللحام, حتى عندما تدفق الأرض, إنشاء تغييرات موضعية في المقطع العرضي للكومة, مما يؤدي إلى تركيزات التوتر.
2. الضغوط المتبقية: تؤدي عملية اللحام إلى الإجهاد المتبقي بسبب التمدد الحراري والانكماش, في كثير من الأحيان يقترب من قوة العائد للمادة.
3. عدم التجانس المادي: المنطقة المتأثرة بالحرارة (هاز) بجوار اللحام يعرض الخصائص الميكانيكية المتغيرة, مثل انخفاض الصلغة أو زيادة صلابة, التي يمكن أن تؤثر على توزيع الإجهاد.
4. عيوب اللحام: عيوب مثل المسامية, شوائب الخبث, أو الاختراق غير المكتمل يضعف اللحام وزيادة تركيزات الإجهاد.

عامل تركيز الإجهاد (SCF) في اللحام يمكن تعريفه على أنه:

أين:

• أ_{ماكس, اللحام}: أقصى إجهاد في اللحام
• أ_الاسمي: الإجهاد الاسمي في الوبر بعيدا عن اللحام

تتراوح قيم SCF النموذجية للحامات في أكوام أنابيب الصلب من 1.5 ل 3, اعتمادًا على جودة اللحام وهندسة.

تحليل الإجهاد في أكوام أنابيب الصلب الملحومة

توزيع الإجهاد على طول الوبر

أثناء القيادة, تنتشر موجة الإجهاد كنبض ضغط من رأس الوبر إلى الحافة. في لحام, واجهت الموجة انقطاع, مما يؤدي إلى انعكاس جزئي ونقل. يمكن أن تخلق الموجة المنعكسة ضغوطًا شد, خاصة إذا كان اللحام بالقرب من طرف الوبر أو في منطقة غير متطابقة.

النظر في كومة أنابيب فولاذية مع لحام المقشر (لحام محيطي الانضمام إلى قسمين). يتم إعطاء المعاوقة z الوبر بواسطة:

عدم تطابق في المعاوقة في اللحام (على سبيل المثال, بسبب حبة اللحام السميكة أو الاختلافات المادية في HAZ) يسبب انعكاس الموجة. معامل الانعكاس R:

حيث z₁ و z₂ هي المقاومة على جانبي اللحام. يشير A غير صفري إلى انعكاس جزئي, المساهمة في ضغوط الشد التي يمكن أن تبدأ التكسير في اللحام.

تركيز الإجهاد في اللحامات

إن وجود لحام يزيد من الضغوط المحلية بسبب الانقطاع الهندسي والمادي. لحام مقاس, تركيز الإجهاد هو الأكثر وضوحا في إصبع اللحام, حيث يحدث الانتقال بين معدن اللحام والمواد الأساسية. تحليل العناصر المحدودة (الهيئة الاتحادية للبيئة) تشير الدراسات إلى أن SCF في إصبع اللحام يمكن أن يكون مرتفعًا مثل 2.5 لحام يدوي نموذجي, وحتى 3.0 للحامات ذات الأسطوانات الكبرى أو عدم التوافق.

طاولة 1 يوفر قيم SCF نموذجية لظروف اللحام المختلفة في أكوام أنابيب الصلب, على أساس الدراسات التجريبية والرقم.

الضغوط المتبقية من اللحام

يقدم اللحام الضغوط المتبقية بسبب الدورة الحرارية للتدفئة والتبريد. هذه الضغوطات عادة ما تكون شد في اللحام و haz, متوازنة بسبب ضغوط الضغط في المواد الأساسية المحيطة. لحام محيط في كومة أنابيب الصلب, يمكن أن يقترب الذروة المتبقية من قوة الغلة من الصلب (على سبيل المثال, 350-500 ميجا باسكال للدرجات المشتركة مثل S355).

أثناء القيادة, هذه الضغوط المتبقية تراكب الضغوط الديناميكية, يحتمل أن يدفع الإجهاد الكلي إلى ما وراء عائد المادة أو قوة الشد النهائية. الإجهاد المشترك σ_{المجموع} يمكن تقريبها:

حيث σ_متحرك هل الضغط من القيادة الوبر, و σ_{المتبقية} هو الإجهاد المتبقي مسبقا. لو_{المجموع} يتجاوز حد تعب المواد, بدء بدء التشغيل على الأرجح.

النمذجة العددية لتأثيرات اللحام

تحليل العناصر المحدودة (الهيئة الاتحادية للبيئة) يقترب

لقياس تأثير اللحامات على الإجهاد أثناء قيادة الوبر, تحليل العناصر المحدودة (الهيئة الاتحادية للبيئة) يعمل. يتضمن نموذج FEA النموذجي المكونات التالية:

1. الهندسة: نموذج ثلاثي الأبعاد من كومة الأنابيب الفولاذية مع لحام مقاس, بما في ذلك حبة اللحام, هاز, والمواد الأساسية.
2. خصائص المواد: السلوك المرن المرن للصلب, مع خصائص مميزة للمعادن اللحام و haz.
3. شروط الحدود: تحميل ديناميكي مطبق على رأس الوبر لمحاكاة تأثير المطرقة.
4. عيوب اللحام: على غرار التوقف الهندسي (على سبيل المثال, Undercut) أو عيوب المواد (على سبيل المثال, انخفاض صلابة في HAZ).

دراسة الحالة: fea من كومة أنابيب فولاذية ملحومة

النظر في كومة أنابيب الصلب مع الخصائص التالية:

• قطر الدائرة: 1.2 م
• سمك الحائط: 25 مم
• مادة: S355 الصلب (قوة الخضوع 355 الكروب الذهنيه, قوة الشد النهائية 510 الكروب الذهنيه)
• نوع اللحام: محرقة اللحام, يدوي, مع طفيف (SCF = 2.5)

يتم دفع الكومة إلى طبقة رمل متوسطة الكثافة باستخدام مطرقة 10 طن مع سرعة تأثير 4 آنسة. يستخدم نموذج FEA حلالًا صريحًا ديناميكيًا لمحاكاة انتشار موجة الإجهاد.

نتائج

1. توزيع الإجهاد: الحد الأقصى للضغط الديناميكي في الوبر بعيدا عن اللحام هو تقريبا 450 الكروب الذهنيه (ضغط). في اصبع القدم اللحام, ذروة الإجهاد في 1125 MPA بسبب SCF من 2.5.
2. انعكاس الموجة: اللحام يسبب أ 15% انعكاس موجة الإجهاد, يؤدي إلى ضغوط شد 70 MPA مباشرة بعد نبض الضغط.
3. الآثار المترتبة على التعب: الطبيعة الدورية لقيادة الوبر (الآلاف من ضربات المطرقة) يستحث تلف التعب, مع كون إصبع اللحام هو الموقع الأكثر ضعفا بسبب تركيزات الإجهاد العالية.

طاولة 2 يلخص نتائج FEA لظروف اللحام المختلفة.

دراسة حدودية

أجريت دراسة حدودية لتقييم تأثير هندسة اللحام, خصائص المواد, وظروف القيادة على التوتر. وتشمل النتائج الرئيسية:

1. هندسة اللحام: ملامح اللحام أكثر سلاسة (على سبيل المثال, تدفق الأرض) تقليل SCF وزيادة عمر التعب بنسبة 50-100 ٪.
2. خصائص المواد: صلابة أعلى في haz (على سبيل المثال, تحققت من خلال المعالجة الحرارية بعد الليباد) يقلل من خطر بدء التشغيل.
3. ظروف القيادة: تقلل سرعات التأثير المنخفض من الضغوط الذروة ولكنها قد تزيد من عدد الضربات المطلوبة, يحتمل أن يزداد حدوث أضرار التعب.

سلوك التعب في اللحامات أثناء قيادة الكومة

آلية التعب

القيادة الوبر دورية بطبيعتها, مع كل ضربة مطرقة تمثل دورة التوتر. اللحامات عرضة بشكل خاص للتعب بسبب:

1. تركيزات الإجهاد العالية: كما هو موضح في الجدول 1, SCFs في اللحامات تضخيم نطاق الإجهاد.
2. الضغوط المتبقية: الضغوط المتبقية الشد تقلل عتبة الإجهاد المتوسطة لبدء الكراك.
3. تباين المواد: غالبًا ما أدى HAZ إلى تقليل مقاومة التعب بسبب التغيرات المجهرية.

يمكن تقدير حياة التعب من المفصل الملحوم باستخدام نهج منحنى S-N:

أين:

• DS: نطاق الإجهاد (الكروب الذهنيه)
• ج: معامل قوة التعب (تعتمد على المواد)
• م: الأسس التعب (عادة 3-5 لحامات الصلب)

للحام النموذجي في S355 الصلب, قد يكون ج 100 الكروب الذهنيه, و M = 3. مع نطاق إجهاد 200 الكروب الذهنيه (النظر في الضغوط الديناميكية والمتبقية), عمر التعب تقريبًا 125,000 دورات, التي يمكن تجاوزها في ظروف القيادة الصعبة.

تأثير عيوب اللحام

عيوب اللحام مثل Undercut, المساميه, أو عدم وجود الانصهار بمثابة مبدأات الكراك, تقليل حياة التعب بشكل كبير. على سبيل المثال, لحام تقويم مع SCF من 3.0 يمكن أن يقلل من عمر التعب بترتيب من حيث الحجم مقارنة باللحام المثالي, كما هو موضح في الجدول 2.

الآثار العملية واستراتيجيات التخفيف

مراقبة جودة اللحام

لتقليل الآثار الضارة للحامات على الإجهاد أثناء قيادة الوبر, مراقبة الجودة الصارمة ضرورية:

1. فحص اللحام: استخدام الاختبار غير المدمر (إن دي تي) طرق مثل الاختبار بالموجات فوق الصوتية للكشف عن العيوب.
2. هندسة اللحام: طحن اللحامات تدفق لتقليل تركيزات التوتر.
3. معالجة حرارة ما بعد الدفعة (PWHT): تطبيق PWHT لتخفيف الضغوط المتبقية, خاصة للأكوام ذات الجدران الكثيفة.

متطلبات التصميم

يمكن للمصممين التخفيف:

1. تحسين وضع اللحام: اللحامات الموقف بعيدا عن المناطق ذات التوتر العالي, مثل بالقرب من نصيحة الوبر حيث تكون الانعكاسات أقوى.
2. اختيار نوع اللحام: استخدم اللحامات الكاملة للاختراق بدلاً من اللحامات فيليه لتحسين نقل التحميل.
3. اختيار المواد: اختر درجات الصلب ذات الصلابة العالية ومقاومة التعب لـ HAZ.

تقنيات القيادة

يمكن أن يقلل تقنيات قيادة الوبر أيضًا من التوتر عند اللحامات:

1. انخفاض تأثير الطاقة: استخدم ضربات المطرقة الأصغر للحد من ضغوط الذروة, على الرغم من أن هذا يزيد من عدد الدورات.
2. توسيد: توظيف وسائد كومة لتخفيف تأثير الطاقة, تقليل سعة موجة الإجهاد.
3. يراقب: استخدم مراقبة الوبر الديناميكي (على سبيل المثال, محلل القيادة كومة) لقياس الضغوط في الوقت الفعلي وضبط معلمات القيادة.

طاولة 3 يلخص الممارسات الموصى بها لتخفيف مشكلات الإجهاد المتعلقة باللحام.

دراسات الحالة

دراسة الحالة 1: مؤسسة توربينات الرياح الخارجية

تستخدم أساس توربينات الرياح في الخارج أكوام أنابيب فولاذية كبيرة القطر (2 ق القطر, 30 سمك الجدار مم) مدفوعًا إلى قاع البحر الرملي. تم تمديد الأكوام باستخدام اللحامات المجردة. أثناء القيادة, وقد لوحظ التكسير في عدة اللحامات, ينسب إلى تركيزات الإجهاد العالية (SCF ~ 2.8) والضغوط المتبقية الشد (~ 400 ميجا باسكال). كشفت FEA ​​عن ضغوط الذروة في إصبع اللحام الذي تتجاوز 1000 الكروب الذهنيه. تضمنت التخفيف طحن اللحامات وتطبيق pwht, الذي قلل من SCF إلى 1.5 والقضاء على التكسير.

دراسة الحالة 2: مؤسسة الجسر في الصلصال الصلب

استخدم مشروع مؤسسة الجسر أكوام أنابيب الصلب (1 ق القطر, 20 سمك الجدار مم) مدفوعًا إلى الصلصال الصلب. أظهرت اللحامات تلف التعب بعد 8000 ضربات, مع التشققات في الهاوية. أظهرت المراقبة الديناميكية ضغوط الشد 80 MPA بسبب انعكاسات الموجة في اللحامات. ضبط طاقة المطرقة واستخدام وسادة الوبر قلل من نطاق الإجهاد بواسطة 25%, تمديد حياة التعب بشكل كافٍ لإكمال القيادة دون فشل.

خاتمة

تؤثر اللحامات بشكل كبير على سلوك الإجهاد لأكوام أنابيب الصلب أثناء قيادة الوبر, في المقام الأول من خلال تركيزات الإجهاد, الضغوط المتبقية, وتأثيرات انعكاس الموجة. يمكن أن يؤدي عامل تركيز الإجهاد في اللحامات إلى تضخيم الضغوط الديناميكية بمقدار 1.5-3.5 مرة, في حين أن الضغوط المتبقية من اللحام تراكب هذه الأحمال, زيادة خطر التعب والتكسير. النمذجة العددية, مثل FEA, يوفر أداة قوية لتحديد هذه الآثار, الكشف عن ضغوط الذروة في أصابع اللحام التي غالبا ما تتجاوز قوة غلة المادة. يشير تحليل التعب إلى أن اللحامات هي المواقع الأكثر ضعفا لبدء الكراك, خاصة في وجود عيوب مثل التقويض أو الاختلال.

استراتيجيات التخفيف العملية, بما في ذلك تحسين جودة اللحام, تقنيات القيادة الأمثل, واعتبارات تصميم دقيقة, يمكن أن يقلل بشكل كبير من الآثار الضارة للحامات. توضح دراسات الحالة أن هذه الاستراتيجيات فعالة في تطبيقات العالم الحقيقي, ضمان السلامة الهيكلية لأكوام أنابيب الصلب الملحومة في ظل الظروف القاسية لقيادة الوبر.

المنشورات ذات الصلة

الشركة المصنعة للأنابيب الفولاذية الملحومة | SSAW | فدان | ل منشار | SMLS

نحن أيضا توريد المنتجات أدناه: أنابيب / أنابيب الصلب الكربوني & أنابيب/أنبوب من الفولاذ المقاوم للصدأ (سلس & أنابيب الصلب الملحومة مثل المتفجرات من مخلفات الحرب,LSAW وSSAW);

أكوام الأنابيب الفولاذية / أكوام صفائح الأنابيب الفولاذية

لقد وجدت أكوام الأنابيب الفولاذية وأكوام صفائح الأنابيب الفولاذية تطبيقات واسعة النطاق في مشاريع البناء المختلفة, بما في ذلك الموانئ/المرافئ, الهندسة المدنية الحضرية, الجسور, و اكثر. تُستخدم هذه الأكوام متعددة الاستخدامات في بناء الأرصفة, الأسوار البحرية, حواجز الأمواج, الجدران الاستنادية للأرض, سدود الانضاب, وأساسات لأساسات صفائح الأنابيب الفولاذية. مع تزايد حجم الهياكل, أعماق المياه العميقة, وأعمال البناء في المواقع ذات الأرض الناعمة العميقة, لقد توسع استخدام أكوام الأنابيب الفولاذية وأكوام صفائح الأنابيب الفولاذية بشكل كبير.

بناء أكوام الأنابيب الفولاذية

إعداد الموقع: قبل التثبيت, يتم إعداد موقع البناء من خلال تطهير المنطقة وإزالة أي عوائق. يتم تقييم ظروف التربة لتحديد النوع والمواصفات المناسبة لأكوام الأنابيب الفولاذية. بيليه سائقا: يتم دفع أكوام الأنابيب الفولاذية إلى الأرض باستخدام مطارق تصادمية أو محركات اهتزازية. يتم محاذاة الأكوام بعناية ووضعها في المواقع المحددة. تولد عملية القيادة اهتزازات وتأثيرات تساعد على اختراق التربة وتحقيق العمق المطلوب.

قوة شاشات الآبار المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ – الأبطال المجهولون أدناه

يتم تصنيع شاشات آبار المياه السلكية ذات الفتحة المستمرة على شكل حرف V بواسطة سلك على شكل حرف V أو إسفين حول مجموعة داخلية من قضبان الدعم الطولية. كل نقطة تقاطع لهذه الأسلاك ملحومة بالانصهار. يلتف السلك الجانبي على شكل حرف V أو الإسفين حول قضبان الدعم على طول الشاشة بالكامل مما يؤدي إلى فتح فتحة مستمرة, ومن ثم فإن الشاشة تسمح بالمياه (زيت) لدخول البئر الخاص بك بحرية بكميات وافرة, وفي نفس الوقت يحافظ على غالبية الرمل والحصى خارج البئر.

تصنيف أكوام الأنابيب الفولاذية على أساس ناقل الحركة والطبيعة الوظيفية

تتميز الأكوام بسهولة الاستخدام ويمكن قطعها بسهولة إلى الطول المطلوب. يمكن أن تكون مدفوعة من نهاية إلى نهاية الطبقات الكثيفة. يمكن قيادتها بقوة ولأطوال طويلة جدًا. يستطيع رفع الأحمال الثقيلة.

كيف تختلف الأنابيب الصناعية عن الأنابيب المزخرفة؟ ?

الأنابيب المزخرفة الفولاذية تدور حول الأسلوب أكثر. أنها تأتي في أنواع مختلفة, مثل العادي, أنابيب منقوشة وملونة. صنعها بسيط, تقديم خيارات مختلفة. لذا, إذا كنت ترغب في تجميل المساحة الخاصة بك بنوافذ مضادة للسرقة, درابزين الدرج أو الدرابزين, هذه الأنابيب هي الطريق للذهاب. الأنابيب الفولاذية المزخرفة رفيعة ومثالية للديكور المعماري والعناصر الفولاذية للفن الزخرفي المدني. إن اختيار المنتج المناسب من موردي الأنابيب الصناعية الموثوقين يمكن أن يحدث فرقًا كبيرًا. النظر في أنابيب الصلب الصناعية الآن, على الجانب الآخر, لدينا أنابيب الصلب الصناعية, العمود الفقري للعمليات. هذه الأنابيب لا تتعلق بالمظهر; إنهم يتعلقون بإنجاز الأمور في البيئات الصناعية. تصور نظامًا من الأجزاء المتصلة التي تحرك السوائل, الغازات أو الجسيمات الدقيقة. يمكن أن تتكون الأنابيب الصناعية من مواد مثل الألومنيوم, حديد, التيتانيوم, و, بالطبع, فُولاَذ.