Guns.ru Talks
апгрейд и ремонт пневматики
Научу рассчитывать резервуары высокого давления. Москва. ( 5 )

вход | зарегистрироваться | поиск | реклама | картинки | календарь | поиск оружия, магазинов | фотоконкурсы | Аукцион
всего страниц: 8 : 12345678
Автор
Тема: Научу рассчитывать резервуары высокого давления. Москва.
Drozdovik
21-6-2017 19:41 Drozdovik
quote:
Изначально написано maksim-432:
Конечно, куда приятнее отвечать на вопросы выше, про балончик от СО2.)))
Вы в программу свою его забейте, наряду с "трубой Эдуарда".

Вы любите поспорить, но при этом упорно подменяете одни термины другими. В данном случаи расчёт и ввод данных (автоматизированный ввод данных). В таком случаи наш дальнейший диалог просто не возможен, я не телепат и никогда не смогу узнать что на самом деле вы имели ввиду под тем или иным термином. По этому лучше в этой теме больше ничего не пишите.

Petar Brzica
22-6-2017 11:27 Petar Brzica
quote:
Конечно, куда приятнее отвечать на вопросы выше, про балончик от СО2.)))

ну в принципе, то, что ответил ТС, мне мое очко и так без всякого сопромата нашептывает)) но факт остается фактом, приятель уже несколько лет благополучно пользует данную конструкцию с 250 бар, даже ронял несколько раз. баллончики борнер, +10% которые
maksim-432
24-6-2017 15:29 maksim-432
Даже отвечать не буду...

Drozdovik
24-6-2017 20:03 Drozdovik
quote:
Изначально написано Petar Brzica:

ну в принципе, то, что ответил ТС, мне мое очко и так без всякого сопромата нашептывает)) но факт остается фактом, приятель уже несколько лет благополучно пользует данную конструкцию с 250 бар, даже ронял несколько раз. баллончики борнер, +10% которые

Там больше вопросов даже не к баллончику. Баллончики то понятное дело рассчитывают на закритическое состояние углекислоты.

Нашёл инструкции по заправке от Калабынина. Там написано, что в баллончике на 12 грамм углекислоты при температуре 30?С давление будет 160 бар.
Больше вопросов к головной части обоймы, её думаю не считали на такие давления, расчитывая, что её объёма хватит для того, чтобы после стыковки с баллончиком перевести углекислоту в равновесное состояние с давлением 71 бар при той же температуре 30?С.

С учётом резкого заполнения можно предположить, что головная часть рассчитана на рабочее давление в 2 раза больше 142 бар, но не более.

Впрочем кому интересно может прикинуть. Головная часть сделана из стали 45. Предел текучести 345 МПа.

Приятель рискует и ему везёт. В конечном итоге всё это вопрос вероятности.
У того, кто переходит дорогу на красный свет, шансов в конечном итоге быть сбитым машиной больше, чем у того, кто переходит только на зелёный.

Petar Brzica
24-6-2017 22:47 Petar Brzica
quote:
Больше вопросов к головной части обоймы

голова и обтюратор - малоеб..щие факторы, т.к. надежно прикрыты рамкой и затвором. магазин планирую вообще не извлекать из пистолета, тем более под давлением, шары заряжать ч/з дырку в пятке. про 160 и 71 бар не совсем понял. всегда думал, что в баллончике как раз и есть 70 с небольшим бар при +30
Drozdovik
25-6-2017 12:47 Drozdovik
quote:
Изначально написано Petar Brzica:

голова и обтюратор - малоеб..щие факторы, т.к. надежно прикрыты рамкой и затвором. магазин планирую вообще не извлекать из пистолета, тем более под давлением, шары заряжать ч/з дырку в пятке. про 160 и 71 бар не совсем понял. всегда думал, что в баллончике как раз и есть 70 с небольшим бар при +30

70 с небольшим бар это при равновесном состоянии углекислоты, после стыковки с баллончиком. А в запечатанном баллончике пространства для газообразной фазы гораздо меньше, поэтому и давление больше.

Кстати, я так и не понял, как баллончик соединён с заправочным штуцером внизу? Если там паяный или сварной шов, то это не здорово, потому, как на сварные сосуды запас прочности рекомендуется уже 5и кратный, а не 3ёх кратный по пределу текучести. Ну и разумеется любое вмешательство в штатную конструкцию требует переопрессовки (повторного гидротеста). Калабынин, например, свои перезаправляемые баллончики проверяет на прочность, пред тем, как продать.

Использовать или не использовать подобную конструкцию дело конечно ваше, но опять же повторюсь, вопрос о том рванёт или не рванёт вопрос вероятностный. Баллончики выпускаются массово и производитель может себе позволить экономить на них буквально каждую копейку, чтобы увеличить прибыль, а значит он не будет делать стенки баллончика толще, чем это необходимо для безопасного использования на углекислоте, т.е. при рабочем давлении 160 бар. Давление в 250 бар запредельно. И сообщений о несчастных случаях нет только потому, что эта конструкция малораспространённая.
Подумайте стоит оно того, есть и более безопасные способы разгона MP-654К от того же Калабынина, например.

Petar Brzica
25-6-2017 13:39 Petar Brzica
quote:
А в запечатанном баллончике пространства для газообразной фазы гораздо меньше, поэтому и давление больше.

по-моему здесь вы ошибаетесь, но спорить не буду, т.к. сам "плаваю" в этой сфере

снизу никакой сварки нет. в баллончике маленькая дырка и он зажат квиком, также как штатным поджимным винтом. между ними резиновая прокладка

Drozdovik
25-6-2017 19:54 Drozdovik
quote:
Изначально написано Petar Brzica:

по-моему здесь вы ошибаетесь, но спорить не буду, т.к. сам "плаваю" в этой сфере

снизу никакой сварки нет. в баллончике маленькая дырка и он зажат квиком, также как штатным поджимным винтом. между ними резиновая прокладка

Я честно говоря тоже плаваю. Мне пока не понятно как рассчитывать давление в баллончике с сжиженным СО2, одним уравнением Менделеева-Клапейрона тут явно не обойтись. Плотность жидкой фазы углекислоты зависит от температуры.
Но насчёт того, что давление СО2 может сильно расти в недостаточном для равновесного состояния объёме это совершенно точно. Именно по этой причине на углекислотных огнетушителях указывают массу заряда, которую нельзя превышать при их перезаправке.
Значения, которые я озвучил выше, Калабынин приводит в своих инструкциях к заправляемым баллончикам. Я склонен доверять ему, так как он уже много лет делает свои наборы для тюнинга.

Если сварки внизу баллончика нет, то это в плюс. Насчёт прочностного расчёта могу сказать следующее:
Баллончик QUARTA 12грамм имеет следующие размеры D=18.5, d = 17.0.
Если считать, что давление разрушения 500 - 550 бар, как указано в теме https://airgun.org.ru/forum/viewtopic.php?t=74396 , то методом подбора получаем, что стенки баллончика должны быть сделаны из стали с пределом текучести где-то 590 МПа. Подходит сталь 30ХГСА в состоянии поставки КП590.
Тогда по расчётам:
Давление разрушения будет 520 бар. почти среднее между 500 и 550.
Испытательное давление 413 бар.
По правилам для котлов, давление разрушения должно быть больше рабочего по крайней мере в 2.6 раза для самого не прочного баллончика (в данном случаи это 500 бар). То есть 500/2.6 = 192 бар. Т.е. уже на этом этапе можно сказать, что рабочее давление 250 бар это перебор.

Ради интереса методом подбора вычисляем при каком запасе прочности по текучести максимальное рабочее давление будет 250 бар. У меня получилось 1.6 для температурного диапазона от +10?C (ниже этой температуры эксплуатация газобалонного оружия не рекомендуется) до +49?С (надпись на баллончике "DO NOT MUTILATE OR HEAT ABOVE 120?F (49?C)"). 1.6 это даже ниже чем запас прочности в промышленных баллонах для технических газов , там 1.8.

Если же считать по хорошему, как для PCP, то надо брать температурный диапазон шире: с верхней границей +65?С (как для военного оборудования, на случай если баллончик оставили в машине под солнцем). А нижний, -10?C (не думаю, что кто-нибудь будет качать насосом при более низкой температуре). Тогда запас прочности получается ещё меньше 1.4.

И на наконец прикинем, какой запас прочности закладывает производитель баллончиков QUARTA.
При рабочем давлении 155 бар в диапазоне температур +10?С до +49?С получается 2.6.

Вывод: рабочее давление в 250 бар для баллончиков является сильно завышенным.

P.S. Данные выкладки верны только если под давлением разрушения баллончика 500 - 550 бар, понимается давление начало необратимого изменения размеров баллончика, а не разрыв стенки. О том как поступать, если это давление разрыва стенки смотрите в сообщениях ниже.

edit log

Petar Brzica
25-6-2017 20:09 Petar Brzica
ТС, спасибо, убедили. буду качать не более 150-160
Drozdovik
26-6-2017 12:05 Drozdovik
quote:
Изначально написано Petar Brzica:
ТС, спасибо, убедили. буду качать не более 150-160

Да и ещё все эти расчёты без учёта коррозии. Стоит баллончику проржаветь хотя бы на 0.1мм (а шершавая внутренняя поверхность очень к этому располагает) и запас прочности при рабочем давлении 160 бар будет уже не 2.6, а 2.2.
А так как баллончик при такой эксплуатации не имеет встроенной аварийной мембраны, которая проржавеет и разрушится в первую очередь, то вам следует периодически проводить опрессовку используемого баллончика давлением 413 бар, замеряя деформации микрометром. Ну либо почаще просто менять баллончики.

Возможный взрыв головной части обоймы (со временем в силу коррозии и усталостных явлений) при этом правда никто не отменял, хорошо если детали рамки и затвора достаточно прочны, чтобы удержать осколки внутри. Но шума будет много и скорее всего пистолет очень сильно дёрнет при этом. И хорошо если он в этот момент будет не в руке.

XuTpblu
11-7-2017 23:27 XuTpblu
На ночь глядя интересно почитать, может многое запомню..
:-)
Petar Brzica
16-7-2017 14:19 Petar Brzica
quote:
Да и ещё все эти расчёты без учёта коррозии

распилили тут с приятелем баллончик (умеренно эксплуатировался им больше года при 200-250). визуально внутри все чисто, ни коррозии, ни дефектов. толщина стенки в средней части чуть меньше 1 мм, у горловины и донца значительно толще. это борнер +10% который
Drozdovik
16-7-2017 18:00 Drozdovik
quote:
Изначально написано Petar Brzica:

распилили тут с приятелем баллончик (умеренно эксплуатировался им больше года при 200-250). визуально внутри все чисто, ни коррозии, ни дефектов. толщина стенки в средней части чуть меньше 1 мм, у горловины и донца значительно толще. это борнер +10% который

Важна не только толщина стенки, но и внутренний диаметр. Чем внутренний диаметр больше, тем большие силы стремятся разорвать баллончик.
И при столь тонкой стенке результаты расчётов начитают сильно зависеть от точности проведённых измерений.
Например, для баллончик QUARTA, результаты расчёта которого я описывал для вас выше, при более точном измерении диаметров, не с точностью до 0.1 мм, а уже поверенным штангенциркулем с ценой деления 0.01 оказалось: что D=18.45, d = 17.05.
Исходя из этих данных получается, что предел текучести стали из которой он сделан должен быть уже не 590 МПа, а 640 МПа для давления разрушения 526 бар.

Но это ещё не самое плохое. Есть тут ещё одно обстоятельство, на которое я как-то не обратил сразу должного внимания. Дело в том, что баллончик QUARTA, как в прочем и другие 8и и 12 граммовые баллончики относятся к тонкостенным оболочкам.
Толщина стенки будет (18.45 - 17.05) / 2 = 0.7.
Серединный радиус будет (18.45 + 17.05) / 4 = 8.875
Серединный радиус делённый на 10 будет 0.888
0.7 меньше 0.888

А значит давление разрушения можно считать по котельной формуле.
И тут возникает большой вопрос: как именно в испытаниях на разрыв получили давления разрушения 500 - 550 бар?

1. Если это давление было получено путём постепенного поэтапного увеличения и уменьшения давления с контролем остаточных деформаций по микрометру то расчёт который я писал выше верен.
Это довольно трудоёмкий способ, так как требует многократного увеличения и уменьшения давления, пока не удастся засечь остаточную деформацию.

2. Если давление разрушения было получено просто плавным однократным увеличением давления до разрыва стенки баллончика, то расчёт представленный выше не верен. И 640 МПа это не предел текучести материала из которого изготовлен баллончик, а предел кратковременной прочности материала баллончика. А предел текучести материала баллончика гораздо ниже.
Например, можно предположить, что баллончик сделан из 40Х КП395 с пределом прочности 615 МПа и пределом текучести 395 МПа.
Баллончик с D= 18.45, d=17.05 порвёт при давлении 505 бар. Для этого случая запас прочности по текучести с учётом изменения температуры от +10?С до +49?С, при рабочем давлении 149 бар, будет 1.7 (очень похоже на запас прочности для углекислотных огнетушителей).
А при давлении 324 бар баллончик уже начнёт необратимо деформироваться, заметить это правда будет возможно только пользуясь микрометром.

Ну и для запредельного давления эксплуатации 250 бар, которое выбрал ваш товарищ, запас прочности по текучести, с учётом изменения температуры от +10?С до +49?С, будет чуть больше 1.0.

Скорее всего баллончик, который использовал ваш товарищ покрепче баллончика QUARTA. Можете сами увидеть как опасно близко он подходил к пределу текучести.

P.S. Во избежании подобных неожиданностей в расчётах по результатам испытаний на разрушение, в следующею версию программы будет введена функция расчёта разрыва стенки тонкостенного резервуара. С проверкой на принадлежность резервуара к тонкостенным оболочкам.

edit log

Petar Brzica
16-7-2017 20:40 Petar Brzica
буквально задавили интеллектом, профессор)) но я рад, что невольно, но помог вам извлечь рациональное зерно для своей программы

edit log

Drozdovik
17-7-2017 13:20 Drozdovik
quote:
Изначально написано Petar Brzica:
буквально задавили интеллектом, профессор)) но я рад, что невольно, но помог вам извлечь рациональное зерно для своей программы

Спасибо. Кстати, в новую версию программы данную функцию я уже ввёл, наряду с новым списком доступных материалов с указанием их состояния поставки, термообработки и ссылок на ГОСТы. Список содержит более 40 различных материалов.

Правда пока эта новая версия программы будет платной и будет выдаваться только участникам прошедшим семинар.

Drozdovik
18-7-2017 19:37 Drozdovik
Сегодня обнаружил занятную вещь:
Если по теории прочности Кулона - Мора вычислить давление P, соответствующее началу текучести на внутренней поверхности трубы. А затем, вычислить для давления P значения всех трёх главных напряжений на внутренней поверхности трубы и вычислить эквивалентное напряжение используя энергетическую теорию прочности, то вычисленное эквивалентное напряжение будет составлять 0.8660 от эквивалентного напряжения вычисляемого по теории прочности Кулона-Мора.

Причём сколько я не считал, это значение никак не зависело от геометрических размеров трубы, толщины стенки, предела текучести. Хорошо бы конечно математически это доказать, но как представлю многоэтажность выражения, которое придётся упрощать, сразу руки опускаются.
Но факт того, что рабочее давление вроде как можно поднять в 1/0.8660 = 1.1547 раза по сравнению с тем, как я считал до этого, сам по себе очень заманчив.

За подтверждением/опровержением идеи смотрю ГОСТ 3845-75 "Трубы металлические. Метод испытания гидравлическим давлением". Пункт 2.1.1. Немного странно, что для P2 сначала указаны формулы для вычисления пробного испытательного давления, а уже потом написано для каких труб это применяется.

Но одна формула мне сразу понравилась, она похожа на формулу для вычисления испытательного давления формулам задачи Лямэ:
P2 = 2.65*(s/D)*(1-s/D)*R
где:
s - толщина стенки, [мм]
D - внешний диаметр, [мм]
R - допускаемое напряжение в стенке трубы, [МПа]

Вооружившись знаниями пробуем понять как именно это согласуется с формулой, которую я привёл на второй странице темы:

P = S*( D*D-d*d )/(2*D*D); где S предел текучести материала а P давления соответствующее началу текучести внутренней стенки трубы.
Если вычислять это давление по теории энергетической теории прочности, то согласно выдвинутой гипотезе:
P = 1.1547*S*( D*D-d*d )/(2*D*D); Запомним это как выражение (1)

Начнём преобразование ГОСТовской формулы:
P2 = 2.65*(s/D)*(1-s/D)*R; Перенесём R в начало выражения, для красоты.
P2 = 2.65*R*(s/D)*(1-s/D);
Толщина стенки s = (D-d)/2 подставим это в выражение из ГОСТ и получим:
P2 = 2.65*R*( (D-d)/2D )*( 1 - (D-d)/2D );
P2 = 2.65*R*( (D-d)/2D )*( 2D/2D - (D-d)/2D );
P2 = 2.65*R*( (D-d)/2D )*( (2D-D+d)/2D );
P2 = 2.65*R*( (D-d)/2D )*( (D+d)/2D );
P2 = 2.65*R*( (D-d)(D+d)/(4*D*D);
P2 = 2.65*R*( D*D-d*d )/(4*D*D);
P2 = 1.325*R*( D*D-d*d )/(2*D*D);
Вспомним, что R это допускаемое напряжение в материале при испытании.
R = k*S; где S это предел текучести материала, а k коэффициент меньше единицы, на который согласно ГОСТ надо домножить предел текучести, чтобы получить допустимое напряжение. То есть давление начала разрушения по ГОСТ P будет:
P = 1.325*k*S*( D*D-d*d )/(2*D*D);
Подставим в место левой части этого выражения правую часть выражения (1) и получим:

1.1547*S*( D*D-d*d )/(2*D*D) = 1.325*k*S*( D*D-d*d )/(2*D*D);
1.1547 = 1.325*k;
0.871 = k;

То есть согласно нашим предположениям, если трубы рассчитывать по энергетической теории прочности, то ГОСТ рекомендует выбирать допускаемое напряжение 87% от предела текучести. Или испытательное давление 87% от давления при котором наступает текучесть внутренней поверхности трубы.
Это очень похоже на рекомендуемые в каком-то ГОСТе 90% предела текучести при проведении гидроиспытаний. Разница в 3% думаю не существенна, тем более, что в той рекомендации говорилось о том, что при испытательном давлении напряжение не должно превышать 90% от предела текучести. 87% не превышает 90%, но подходит достаточно близко. Даже если испытательные манометры будут врать на 2% в большую сторону, превышения не будет.

Вывод1: пользоваться энергетической теорией прочности для расчёта труб высокого давления допустимо. При этом внутреннее давление для предельного состояния внутренней стенки P, вычисленное по теории прочности Кулона-Мора, можно увеличить в 1.1547 раза и это не будет противоречить требованиям ГОСТ.

Вывод2: Для единичных или мелкосерийных изделий, просто исходя из здравого смысла, конструкторы на всякий случай закладывают большие запасы прочности, чем в серийных изделиях. Так что лучше считайте свои самоделки по теории прочности Кулона-Мора. Тем более, что в энергетической теории прочности для нашего случая, есть один неприятный фокус:
Если вы сожмёте резервуар в продольном направлении, т.е. уберёте меридианальные напряжения, как это, например, происходит в баллончиках СО2, после их стыковки с накопительной камерой, то эквивалентное напряжение на внутренней поверхности баллончика не уменьшится, а наоборот вырастет. Причём вырастет тем больше, чем меньше отношение s/D. Для баллончиков QUARTA до 111% от эквивалентного напряжения, рассчитанного по энергетической теории прочности.
Так что пользоваться энергетической теорией прочности нужно с осторожностью в зависимости от условий эксплуатации.

edit log

Petar Brzica
19-7-2017 10:18 Petar Brzica
quote:
Если вы сожмёте резервуар в продольном направлении, т.е. уберёте меридианальные напряжения, как это, например, происходит в баллончиках СО2, после их стыковки с накопительной камерой, то эквивалентное напряжение на внутренней поверхности баллончика не уменьшится, а наоборот вырастет. Причём вырастет тем больше, чем меньше отношение s/D. Для баллончиков QUARTA до 111% от эквивалентного напряжения, рассчитанного по энергетической теории прочности.

Т.е. если в 654-м вынуть иглу прокола и вставить целый баллончик, то теоретически его диаметр должен немного увеличиться?
Drozdovik
19-7-2017 11:01 Drozdovik
quote:
Изначально написано Petar Brzica:

Т.е. если в 654-м вынуть иглу прокола и вставить целый баллончик, то теоретически его диаметр должен немного увеличиться?

Да. Конечно. Чтобы в этом убедиться, достаточно посмотреть в формулу для радиальных перемещений точек трубы.
https://www.tychina.pro/%D0%B1...D1%8F%D0%BC%D0% B5/

Как видно из формулы, уменьшая по модулю сигмаZ (меридианальное напряжение) мы будем увеличивать перемещения точек. Это даже к теории прочности отношения не имеет, просто задача Лямэ.

Кстати, получается, что в моей программе. Не верно рассчитывается давление не разрушающего испытания. Оно занижено по сравнению с ГОСТ. Надо было сразу заглянуть в ГОСТ (полгода назад). Считать испытательное давление надо по энергетической теории прочности. Буду исправлять программу. А пока в качестве не разрушающего испытательного давления берите давление начала разрушения, увеличенное на 1%.

Преобразовал большое выражение о котором писал выше. Действительно получается, что коэффициент на который надо повышать давление, рассчитанное по теории прочности Кулона-Мора 1.1547 есть ни что иное, как 2/√3.

clockot
21-7-2017 14:36 clockot
Вот тут можно прочитать

edit log

maksim-432
9-12-2017 22:11 maksim-432
Увеличение диаметра трубы, в программе, считается, или это примерное значение?
всего страниц: 8 : 12345678

Guns.ru Talks
апгрейд и ремонт пневматики
Научу рассчитывать резервуары высокого давления. Москва. ( 5 )