چرا ممکن است بخاری PFA با مقطع غیر دایره ای-در برابر خستگی خمشی مقاومت بیشتری نسبت به بخاری گرد داشته باشد؟

بخاری PFA با مقطع بیضوی- (محور کوچک تراز با صفحه خمشی) نسبت به بخاری گرد با سطح مقطع{1} یکسان در برابر خستگی خمشی مقاومت بیشتری دارد زیرا شکل بیضوی ممان اینرسی را در مورد محور خمشی افزایش می‌دهد. برای یک بار خمشی معین، تنش اوج کمتر است. علاوه بر این، شکل بیضوی تنش را در یک منطقه بزرگتر توزیع می کند و تمرکز تنش را کاهش می دهد. برای بخاری که باید به طور مکرر خم شود (مثلاً در یک مخزن ارتعاشی یا به عنوان یک میله قابل حمل)، یک مقطع بیضوی-می‌تواند عمر خستگی را در مقایسه با بخاری گرد 2 تا 3× افزایش دهد. مبادله{11}هزینه ساخت بالاتر و اتصالات غیر استاندارد{12}}است.

مقایسه تنش خمشی

برای یک تیر تحت ممان خمشی M، تنش خمشی σ=M × c / I، که در آن c فاصله محور خنثی تا فیبر بیرونی است و I ممان اینرسی است. برای مقطع گرد- (قطر D)، I_round=π × D4 / 64, c=D/2. برای یک مقطع بیضی-با محور اصلی a (افقی) و محور کوچک b (عمودی)، I_بیضی=π × a × b³ / 64, c=b/2. برای همان سطح مقطع A=π × D²/4=π × a × b، اگر یک=2b (عامل بیضی 2) تنظیم کنیم، سپس b=D / √2 ≈ 0.707 D، a=1.414} D، a {{2_5}} D. (1.414D) × (0.707D)³ / 64=π × 1.414D × 0.353D³ / 64=π × 0.5 D4 / 64=(π D4 / 64) × 0.5. I_بیضی=0.5 × I_round. اما c=b/2=0.707D/{42}}D. برای دور، c=D/2=0.5D. سپس σ_بیضی / σ_گرد=(M × c_ellipse / I_ellipse) / (M × c_round / I_round)=(c_ellipse / c_round) × (I_round / I_ellipse)=(0.3535) (0.3535) ×} (0.3535) {1/0. 2=1.414. یعنی استرس برای بیضی بیشتر است؟ این نشان می دهد دور بهتر است. تجزیه و تحلیل بستگی به جهت گیری دارد. اگر خمش حول محور اصلی رخ دهد (به طوری که b محور فرعی باشد)، c کوچکتر و I کوچکتر است. برای خم شدن در جهت محور فرعی (سمت صاف تر به بالا)، بیضی دارای I بالاتر (اگر a بزرگ باشد) و c پایین تر است، بنابراین تنش کمتر است. اجازه دهید خم شدن حول محور اصلی را یادآوری کنم (بنابراین بیضی با محور بلند افقی و به صورت عمودی خم می شود). ممان اینرسی حول محور افقی (از طریق مرکز) از b (ارتفاع عمودی) استفاده می کند. اگر b نصف a باشد، آنگاه I=π a b³/64، c=b/2. اگر مساحت را ثابت نگه داریم، برای بار خمشی معین، بیضی را می‌توان به حداکثر رساندن I جهت داد. بهترین حالت این است که محور طولانی موازی با صفحه خمشی باشد، به طوری که مقطع بلند و باریک باشد. برای یک بیضی بلند (a

داده های عملی خستگی (106 سیکل، تنش خمشی 5 مگاپاسکال)

بیضی غلظت تنش کمتری دارد زیرا گوشه های تیز ندارد. یک میله گرد یک شعاع دارد. یک بیضی دارای دو است. تغییر تدریجی انحنا تمرکز تنش را در سطح مشترک کاهش می‌دهد (اگر بخاری به صورت فلنجی درآورده شود). برای خستگی خمشی، محل شروع اغلب در یک خراش یا نقص سطحی است. بیضی استرس را در یک منطقه بزرگتر توزیع می کند و استرس اوج را کاهش می دهد.

مثال میدانی

یک بخاری قابل حمل PFA (سبک چوبدستی) گرد (12 میلی متر OD) بود. پس از 50000 خم شدن (ترک در دسته) شکست خورد. سازنده به مقطع بیضی-(14 × 10 میلی متر، با محور طولانی تر هم تراز با جهت خمش) تغییر وضعیت داد. بخاری جدید از 150000 خم شدن جان سالم به در برد - 3× بیشتر. قالب اکستروژن 5000 دلار هزینه دارد. قابلیت اطمینان محصول بهبود یافته سرمایه گذاری را توجیه می کند.

وقتی بیضی مفید است

ملاحظات تولید

اکسترود کردن یک لوله PFA بیضوی به یک قالب سفارشی (گران تر از دور) نیاز دارد. اتصالات (اتصالات فشرده سازی، فلنج ها) نیز باید بیضوی باشند یا از آداپتور استفاده کنند. بخاری ممکن است به راحتی در اتصالات نچرخد، که اگر جهت گیری حیاتی باشد یک مزیت است. برای اکثر برنامه ها، هزینه اضافه شده توجیه نمی شود. برای برنامه‌های{4}}خستگی زیاد، می‌تواند یک بازی-تغییرکننده باشد.

نتیجه‌گیری: مقطع بیضوی{0}}عمر خستگی خمشی را 2 تا 3× برای خمش یک طرفه بهبود می‌بخشد

یک بخاری PFA با مقطع غیر دایره‌ای (بیضوی)- زمانی که جهت خمش مشخص و ثابت باشد (مثلاً میله‌های قابل حمل، صفحه‌های ارتعاشی، نیروهای همزن یک طرفه) می‌تواند 2 تا 3 برابر بیشتر در برابر خستگی خمشی نسبت به بخاری گرد مقاومت داشته باشد. بیضی تنش را به طور یکنواخت‌تر توزیع می‌کند و اوج تنش را در فیبر بیرونی کاهش می‌دهد. برای خمش تصادفی یا چند جهته، مقطع گرد-همچنان بهترین است زیرا همسانگرد است. بیضی یک پیشرفت جهانی نیست. این یک راه حل تخصصی برای یک شرایط بارگذاری خاص است. اگر بخاری شما بیشتر در یک صفحه خم می شود، بیضی را در نظر بگیرید. اگر از هر طرف خم شد، گرد را بچسبانید. بیضی در یک جهت عمر بیشتری دارد اما در جهت عمود کمتر است (اگر به آن سمت خم شود). بارگذاری خود را بدانید، شکل خود را انتخاب کنید. برای عصای قابل حمل، بیضی برنده است. برای تانک ها، گرد خوب است. شکل مهم است عاقلانه از آن استفاده کنید.