Wytrzymałość zmęczeniowa rur laminatowych (GRP) stosowanych w górnictwie

• Autorzy: Walczak K. , Mamos J.

Warianty tytułu

EN

Fatigue strength of laminate pipes (GRP) for mining industry

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Zaprezentowano wyniki testów rur szklano-poliestrowych poddanych cyklicznemu, zmiennemu ciśnieniu wewnętrznemu. Wyniki przedstawiono w postaci wykresu Wohlera, pokazującym wytrzymałość zmęczeniową rur nawijanych spiralnie, wykonanych z rowingu szklanego i różnych rodzajów żywic poliestrowych, takich jak żywice trudnopalne i antyelektrostatyczne, których parametry pozwoliły na ich dopuszczenie do stosowania w przemyśle górniczym. Próbki badawcze stanowiły rury o średnicy wewnętrznej 90 mm i grubości ścianki 4 mm, na którą składały się: 1) warstwa wewnętrzna (ochronna) bogata w żywice i wykonana na bazie maty szklanej powierzchniowej o gramaturze 30 g/m2 i maty konstrukcyjnej o gramaturze 300 g/m2 o łącznej grubości ok. 0,5 mm; 2) warstwa nośna (konstrukcyjna) składająca się z 3 warstw spiralnie ułożonego rowingu o łącznej grubości 3,5 mm. Kąt ułożenia włókien w stosunku do osi wzdłużnej rury wynosił 54°45' i był optymalny z warunku obciążenia rury ciśnieniem wewnętrznym. Schemat rozłożenia pasm rowingu w warstwie konstrukcyjnej przedstawia rysunek 1. Badania zmęczeniowe prowadzono przy obciążeniach ciśnieniem wewnętrznym cyklicznie zmiennym o przebiegu prostokątnym, którego charakterystykę przedstawia rysunek 2. Parametry cyklu podano w tabeli 3. Badania przeprowadzono na urządzeniu, którego schemat przedstawia rysunek 3, na którym podano również rzeczywisty przebieg impulsów ciśnienia, rejestrowany w próbkach badawczych manometrami tensometrycznymi i oscylografem. Wyniki badań podano w tabelach 1, 4 i 5, oraz na rysunkach 4 i 5, a zbiorczo na rysunku 6. Postać graficzną wyników badań stanowią wykresy Wohlera, zależności [sigma]1max=f(N), gdzie N oznacza liczbę cykli do zniszczenia. Badania prowadzono na 5-6 poziomach naprężeń [sigma]1max. Poziomy te zostały tak dobrane, aby można było uzyskać liczbę cykli (N) do zniszczenia na poziomie 10(6) cykli zmian obciążenia, która jest powszechnie uznawana za granicę długotrwałej wytrzymałości zmęczeniowej. Na wykresach podano zależność liniową y=f(x), co jest równoznaczne z [sigma]1 =f(N), oddzielnie dla górnego i dolnego poziomu naprężeń [sigma]1max cyklu, oraz wyznaczono tzw. krzywe trendu. Najbardziej istotny jest przebieg tej zależności na dolnym poziomie naprężeń, który obrazuje zachowanie się rur przy dużej liczbie cykli zmęczeniowych, zmierzającej do naprężeń oznaczających wytrzymałość zmęczeniową.

EN

The publication discusses test results of glass-polyester pipes submitted to a cyclically variable internal pressure. The results have been presented in the form of Wohler's charts showing fatigue strength of spirally wound pipes made from glass roving and different types of polyester resins such as slow-burning and anti-electrostatic resins approved in the mining industry. Tests have been run on pipes of internal diamcter of 90 mm and wall thickness of 4 mm, made from: 1)internal protective layer, rich in resin, made from surface glass mat of 30 g/m2 and construction mat of 300 g/m2, 0.5 mm thick in total, 2)load-bearing (construction) layer, made of three spirally wound roving layers, approximately 3.5 mm thick in total. The angle between roving fibers and pipe's longitudinal axis equaled 54°45' and was optimal for pipe's internal pressure load ratio. Figure 1shows placement of roving fibers in the construction layer. Fatigue strength tests have been conducted with rectangular cyclic variable internal pressure, as presented in Figure 2. The cycle parameters have been listed in Table 3. Tests have been carried out on the equipment presented in Figure 3, which shows also the actual pattern of pressure impulses. The actual impulses in the samples have been registered by tensometric manometers and an oscillograph. Tests results have been presented in Tables 1, 4, 5, Figures 4, 5 and summarized in Figure 6. Tests results have been shown graphically as Wohler's charts and ratios [sigma]1max = f(N), where N represents a number of cycles before breakage occurs. Tests have been conducted at 5 to 6 Ievels of load pressure [sigma]1max. The levels have been determined in such a way as to obtain a number of cycles (N) equivalent to pressure changes of 10(6), which is commonly recognized as the maximum long-term fatigue strength. The charts show linear ratio y=f(x) which is equal to [sigma]1=f(N), separately for lower and upper levels of [sigma]1max and determine the trend lines. The most important interdependence is at the lower level of pressure, which shows pipe's behavior when a big number of fatigue cycles approaches pressures which determine fatigue strength.

Słowa kluczowe

PL

tworzywo sztuczne; kompozyt; rura; wytrzymałość zmęczeniowa

EN

plastic; composite; pipe; fatigue strength

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2004
• Tom: R. 4, nr 10
• Strony: 194--199
• Opis fizyczny: Bibliogr. 8 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Walczak K.

• Politechnika Śląska, Gliwice, Główny Instytut Górnictwa, pl. Gwarków 1, 40-166 Katowice

autor

Mamos J.

• Główny Instytut Górnictwa, pl. Gwarków 1, 40-166 Katowice

Bibliografia

• [1] Kocańda S., Szabla J., Podstawy obliczeń zmęczeniowych, PWN, Warszawa 1985.
• [2] Ochelski S., Prace badawcze Instytutu Materiałoznawstwa i Mechaniki Technicznej Wojskowej Akademii Technicznej, Materiały III Szkoły Kompozytów, Wisła 2001.
• [3] Rosato W., Growe K, Filament Winding, Interscience Publishers, J. Wiley, New York, London, Sydney 1969.
• [4] Hyla I., Elementy mechaniki kompozytów, skrypt Nr 1945, Wyd. Politechniki Śląskiej, Gliwice 1995.
• [5] Walczak K., Criteria of decrease in mechanical resistance of spirally wound laminated tubes under internal pressure, Materials and mechanicals engeneering, ed. L. Dobrzański Gliwice 2000.
• [6] Kelly A., Encyclopedias, Composite Materials, Oxford 0x51gb, England 1994.
• [7] Nowak M., Jerzyk I., Wpływ anizotropii struktury rur epoksydowo-szklanych na ich właściwości zmęczeniowe, Inżynieria Materiałowa 1984, 3.
• [8] Polański Z., Planowanie doświadczeń w technice, PWN, Warszawa 1984.