Basınç gemilerinin ve tankların güvenli ve verimli tasarımı için kritik bir anlayış. Bu yapılar, yüksek çevredeki sıvı veya gazlar içeren, genellikle aşırı sıcaklıklar ve kororatif koşullar altında. malzemenin sürekli deformasyon veya rupture olmadan dayanıklı kuvvetlere direnme yeteneği doğrudan geminin güvenilirliğini, hizmetini ve güvenliğini sağlar.
Kuvvetli Zorlama: Ultimate karşılaştırıldığında
Mekanik güç, bir malzemenin en yüksek stres olarak ölçüldüğü veya kırılmadan önce çizilebildiği gibi ölçülmektedir.Mühendislik bağlamda, iki farklı değer kritiktir:
- [FONT:0]Yield Strength:[Dönetici:[Dönetici:0) Bir malzemenin plastik olarak ifade etmeye başladığı stres.Depresif gemiler için, bu genellikle tasarım için sınırlı değerdir, çünkü kalıcı deformasyon uzlaşmaları boyutsal bütünlüğüne yol açabilir ve sızıntılara yol açabilir.
- [FONT:0)Ultimate Mekanik Güç (UTS): ) Malzemenin kırılmadan önce dayanabileceği en yüksek strestir. mutlak başarısızlık noktasını temsil eder ve uygulanabilir stres limitlerini tanımlamak için güvenlik faktörlerine bağlı olarak kullanılır.
Her iki değer de bölge başına bir güç biriminde ifade edilir -tip olarak megapascals (MPa) veya kare inç (psi) Örneğin, basınç gemilerinde kullanılan ortak karbon çelik yaklaşık 250 MPa ve UTS'ye sahiptir, yüksek güçlü bir alaşım çelikler 700 MPa'nın üzerinde verim sağlayabilir.
Basınç Gemi Tasarımında Kuvvetli Zorun Rolü
Basınç gemileri, gemi duvarında sert stres yaratan içsel baskıları içeren bir şekilde tasarlanmıştır. İki birincil stres bileşeni şunlardır:
Hoop Stres ve Uzun Stres
İnce duvarlı bir silindirik gemi için, hoop (circumferential) stres kabaca iki kat daha uzun (küman) strese karşı olarak hesaplanmıştır. Hoop stres, gemi yarı yarıya kadar hesaplanabilir.[Dönetici:0) ⁇ h = P × R / t).P[D) Bu stresi aşağıda belirtilen tüm zamanların en büyük baskısını belirlemede yeterli miktarda güç sahibi olmalıdır.
Güvenlik Faktörleri ve Tasarımı Margins
ASME Kazan & gibi tasarım kodları; Basınç Gemi Kodu (BİP) Bölüm VIII Bölüm 1, malzeme çekme gücüne dayanan güvenlik faktörleri. Tipik olarak, izin verilen stres daha düşük noktaya ayarlanır:
- Oda sıcaklığındaki nihai çekme gücünün üçte biri
- Tasarım ısısında verim gücünün üçte ikisi
Bu muhafazakar marjlar, beton, korozyon, döngü yükleme ve malzeme yetimleri için hesap. iyi tanımlanmış bir çekme gücü olmadan, mühendisler güvenli çalışma pencereleri oluşturamaz veya gerekli duvar kalınlığını belirleyebilir.
Yüksek Çekme için Malzeme Seçme
Yeterli bir çekme gücü olan bir malzeme seçmek, dengeleme eylemidir. Mühendisler sadece güç değil aynı zamanda sertliği, kullanılabilirlik, korozyon direnci ve maliyetle düşünmelidir. Aşağıdaki bölümler en yaygın malzeme kategorilerini inceler.
Karbon ve Metaller
Düşük karbon çelikleri (örneğin, SA-516 Grade 70), yüksek sıcaklıklarda iyi bir kombinasyon sunuyor ve kullanılabilirlik sağlar. SA-387 (Cr-Mo) gibi depolama tankları ve orta basınçlı çelikler için yaygın olarak kullanılır.
Paslanmaz Çelikler
Austenitic paslanmaz çelikler (örneğin, 304L, 316L) korozyon direnci ve kriyojenik sertliği için değer veriyor, ancak yüksek sıcaklık veya hafif kore hizmetleri gibi belirli ortamlar için seçilir. Duplex paslanmaz çelikler, iyi korozyon direncini korurken neredeyse iki katına çıkıyor. Ferritic ve martensitic dereceleri daha yüksek güç veriyor, ancak daha düşük sertlik sağlar; yüksek sıcaklık veya hafif kore hizmetleri gibi özel ortamlar için seçilir.
Kompozit Malzemeler
Fiberreinforced polimerler (FRP) ve karbon-fiber kompozitleri, özellikle de havacılıkta hafif basınç gemilerinde ve sıkıştırılmış doğal gaz (CNG) depolamalarında giderek daha yüksektir.
Diğer Özelleştirilmiş Malzemeler
Aşırı koşullar için mühendisler, sağlam bir dış kabuk (yüksek güç ağırlığı, mükemmel korozyon direnci) ile yüzeye çıkabilirler, her malzemenin (yüksek sıcaklık ürpertici gücü için), hatta güçlü bir dış kabuk (karbon çelik) bir iç hatr (örneğin, şampuan) kimyasal direnç sağlar.
Serviste Güç Etkileyen Faktörler
Bir malzeme çekme gücü, düşünülemez değildir. Çeşitli işletim ve çevresel faktörler zamanla bozulabilir, bu da tasarım ve denetim aralıklarına faktör olmalıdır.
Sıcaklık Sıcaklık
Çoğu metal, ısının yükselmesi gibi yüksek sıcaklıklar kaybeder. Ağojenik sıcaklıklarda, güç artar ancak sertliği sık sık sık sık 400 °C'de yüksek sıcaklıklarda, yayınlanan değerlerin kullanılması gerekir. Örneğin, SA-516 Gr. 70'in 20°C'de bir UTS'si var, ancak 400 °C'de yaklaşık 400 MPa'ya düşüyor.
Korozyon ve Hidrojen Embrittlement
Genel korozyon, etkili yük devretme kesitini azaltır, gerçek stresin artırılması. Yerelleştirilmiş korozyon (tepresyon, stres korozyon çatlakları) malzemenin nominal çekme gücünün altında başarısız olan stres yükselticileri oluşturabilir.
Şişman ve Cyclic Yükleniyor
Tekrarlanan basıncılık ve depreurizasyon, inşaatın yorgunluk eğrisini oluşturmak için yorgunluk çatlaklarına neden olabilir. yorgunluk gücü (endurance limit) genellikle çekme gücünden daha düşükdür. Tasarım kodları gibi EL Bölüm VIII Bölüm 2, tasarım yorgunluğunu üretmek için malzemenin nihai gücüne güvenen yorgunluk analiz yöntemleri sağlar.
Creep
Yüksek sıcaklıklarda, malzemeler yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş
Test ve Kalite Güvencesi Zor Kuvveti
Üretim mağazasına teslim edilen malzemenin belirtilen çekme özellikleri kaliteli güvencenin bir temel taşı olduğunu belirtmek. Standart metodoloji, ASTM E8/E8M veya ISO 6892 ile uygun olarak gerçekleştirilmiştir.
Test Prosedürü
Makineli bir örnek, kırılmaya kadar kontrollü bir hızda çekilir. Test kayıtları açık bir veri noktası olmadan malzeme için (set yöntemi), çekme gücü, elongasyon ve bölgenin azaltılması. Basınçlı tekne çelik için, özellikler genellikle minimum UTS ve verim değerleri minimum bir elongasyon (e.g.,% 50 mm) oluşturmak ve kaynak oluşturmak için yeterli bir tıklandığında gerektirir.
Destructive Test (NDT) Correlasyon
Gerilme testi yıkıcı olsa da, yük taşıma kapasitesinin aynı ısısından kuponlar yapılır. Daha sonra NDT yöntemleri - ultrasonik test, manyetik parçacık incelemesi veya radyografi gibi - kumaşlı geminin yük taşıma kapasitesini tehlikeye atabilecek kusurların ücretsiz olduğunu doğrulamak için kullanılır. Sertlik testi de belirli çelikler için dolaylı bir projeksiyon göstergesi sağlayabilir, ancak doğrudan ölçüm için bir yedek değildir.
Weld ve Heat-Affected Zone Zor
Kaynak eklemleri genellikle bir basınç gemisindeki en zayıf bağlantıdır. Weld çekme gücü, temel metal Prosedürleri ile eşleştirilmelidir ve transistörlerin transist ve uzun süredir değerli ısı tedavilerini test ederek kalitelidir.
Kodlar ve Düzenlemeler Güçlendirme Gereksinimleri
Birkaç uluslararası kod, baskı gemileri için minimum çekme gücü değerleri ve tasarım kuralları oluşturur. Uyum genellikle yasal işlem için zorunludur.
ASME Kazan ve Basınç Gemi Kodu
ASME BVAN Bölüm VIII, ABD'de 3.5'lik bir güvenlik faktörü ile ilgili olarak bir tasarıma dayalı bir baskı yöntemi kullanır.Bölüm 2, ABD'de yayınlanan ve 2'de yayınlanan güvenlik faktörü ile ilgili olarak malzemenin çekilmesine güvenir.
Avrupa Standartları EN 13445
Bu standart benzer bir çerçeve kullanır, ancak farklı güvenlik faktörleri ve malzeme kısmi güvenlik faktörleri ile. Avrupa malzeme standartlarından gelen çekme gücü değerleri (düşük tüpler için 10028) ve tasarım stresinin ötesine geçmemesini gerektirir (Dörtücük 0,0)R / 1.5)[Dönemli)[Dönemli)[Dönemli:)[Dönemli: 16/38|D)
Diğer Uluslararası Kodlar
Çin (GB 150), Japonya (JIS B 8265) ve Avustralya (AS 1210) gibi ülkeler kendi kodlarına sahiptir, temel olarak yetkiye bağlı olarak, maddi sertifikalı çekme özellikleri bir malzeme test belgesinde belgelenmelidir (EN 10204 Tip 3.1 veya 3.2).
Pratik Tasarım Örneği: Kalınlık Hesaplama
Doğrudan çekme gücü kullanımını göstermek için, SA-516 Grade 70 (UTS = 485 MPa, veri = 260 MPa) bir iç baskı için tasarlanmış 2 MPa'nın iç basıncı için tasarlanmış bir iç baskı için tasarlanmış.
- İzinli stresFL:0)[Dönemli:0)[Dönemli: 0,0) = min (UTS/3.5, verim/1.5) = min (138.6 MPa, 173.3 MPa) = 138.6 MPa
- Önkoşullar Gereken Olanaklar ► ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^
- [FONT:0]) = 2 × 500 / 138.6 × 0.85 - 0.6 × 2) ⁇ 7.8 mm (artı korozyon ücreti)
SA-515 Gr- 60 gibi daha düşük bir malzeme kullanılmış olsaydı, gerekli kalınlık 9,2 mm'ye kadar artacaktır, malzeme ve üretim maliyetleri yükseltebilir, ancak daha sıkı kaynak kontrolleri gerektirebilir.
Yaygın Başarısızlık Moduları Güçlü Güçlendirmeye İlişkin
Tek başına çekme gücü anlamak yeterli değildir -mühendisler de başarısızlıkların nasıl gerçekleşebileceğini tahmin etmelidirler. ana modlar şunları içerir:
- [FONT:0]Burst:[Dönetici:[Dönetici: 0 3) İç baskı duvarın nihai çekme gücünü aştığında, gemi ruptures felaket olarak. Burst basıncı doğrudan UTS ve kalınlık ile orantılıdır.
- [FONT:0]Yielding:[Dönetici:[Dönetici: 0) Tasarım stresi veri gücünü aşıyorsa, gemi kalıcı deformasyona sahiptir.Düzen kafalar, flanges savaşabilir ve mühürler sızdırılabilir.
- [FONT:0)Brittle Fracture: [Dönetici: [Dönetici:0) Malzemeleri düşük sertliği olan (daha yüksek güçlü çelikler) bir çatlakların altında aniden stresler altında kırılabilir.
- [FONT:0)Creep Rupture: [DDD: 1) Yüksek sıcaklıklarda, uzun vadeli çekme yükleme, kısa vadeli çekme gücü altındaki streslere neden olabilir.Bu yüzden, yüksek sıcaklık tasarımları için ürpertici verilerinin gerekli olmasıdır.
Ensuring Long-Term Integrity Through Muayene
Bir gemi doğru çekme güç özelliklerine inşa edildikten sonra bile, en iyi güç azaltımı için servis denetim programları monitörler (ultrasonic) korozyon kaybı tespit eder. Sertlik kontrolleri, malzemenin yüksek vakumlama veya embrittlementi ortaya çıkarabilir. Basınç testleri (hidrstatik veya pnömatik) geminin güvenli bir şekilde yönlendirilebileceğini doğrulamaya yönelik tasarım basıncının 1. katını test eder.
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
Mekanik güç, bir malzeme veri sayfasındaki bir sayıdan çok daha fazlasıdır - baskı gücü, sıcaklık, çevre ve yükleme döngülerinin tamamına uygun olarak desteklenen ve sistem izleme, doğrulanmış çekme özelliklerinde sabit bir şekilde, tedarik ve nihai çekme kararlarının ayrıntılı bir anlayışa sahip olmak, endüstri, baskı ve güvenilirliğe sahip olan sınırları zorlamak için devam eder.
Daha fazla okuma için, [[Üyetim:0)ASME BİP Bölüm VIII[Dönetici:2) Kurallara göre, [[DÜyetim:2.Ş.Üye Olmayanlar için standart (DÜye Olmayanlar İçin Özel Durumlar)[DÜye Olmayanlar İçin Özel Durumlar (İngilizce).