Інструмент вільного інжинірингу
Допустиме напруження за матеріалом
Розрахуйте допустиме розрахункове напруження за ASME VIII Div.1 або EN 13445-3. Температурно-залежні властивості, перевірка на руйнування від повзучості, коефіцієнт ефективності зварного з'єднання. 12+ марок матеріалів.
Допустиме розрахункове напруження
EN 13445-3 (Феритні сталі)
ASME VIII Div.1
Температурне зниження характеристик
І межа текучості, і межа міцності при розтягу зменшуються з підвищенням температури. Цей калькулятор використовує лінеаризовані криві температурного зниження характеристик на основі даних EN 10028 / ASME II-D:
- Нижче 100°C: властивості відповідають значенням кімнатної температури
- 100–400°C: поступове зниження (межа текучості знижується швидше, ніж межа міцності при розтягу)
- Вище 400°C: значне зниження; повзучість може стати визначальною
Режим повзучості
Коли розрахункова температура перевищує температуру початку повзучості, визначальним стає залежне від часу напруження руйнування. Типовий початок повзучості:
| Тип матеріалу | Початок повзучості (°C) | Типова максимальна розрахункова температура |
|---|---|---|
| Вуглецева сталь (S235, S355) | ~350 | 400°C |
| Вуглецево-марганцева сталь для посудин під тиском (P265GH, P355GH) | ~380 | 450°C |
| Молібденова сталь (16Mo3) | ~400 | 500°C |
| CrMo сталь (13CrMo4-5) | ~450 | 550°C |
| 2¼Cr-1Mo (10CrMo9-10) | ~470 | 600°C |
| Аустенітна нержавіюча сталь (304, 316L) | ~500 | 700°C |
Практичний приклад
Дано: P265GH, Rp(20)=265 МПа, Rm=410 МПа, T=250°C, коефіцієнт ефективності зварного з'єднання E=1,0
Rp(250°C) ≈ 265 × 0.85 = 225.3 МПа (температурне зниження характеристик)
f_текуч = 225.3 / 1.5 = 150.2 МПа
f_UTS = 410 / 2.4 = 170.8 МПа
f = min(150.2, 170.8) = 150.2 МПа (визначається межею текучості)
При E=1,0: σ_allow = 150.2 МПа
Порівняння матеріалів за кімнатної температури
| Матеріал | Rp0.2 | Rm | f (EN) | S (ASME) |
|---|---|---|---|---|
| S235JR | 235 | 360 | 150 | 103 |
| S355JR | 355 | 510 | 213 | 146 |
| P265GH | 265 | 410 | 171 | 117 |
| P355GH | 355 | 490 | 204 | 140 |
| 16Mo3 | 280 | 450 | 187 | 129 |
| 13CrMo4-5 | 295 | 460 | 192 | 131 |
| 10CrMo9-10 | 275 | 450 | 183 | 129 |
| 304 SS | 210 | 520 | 140 | 138 |
| Нержавіюча сталь 316L | 200 | 500 | 133 | 133 |
| 2205 Дуплекс | 450 | 620 | 258 | 177 |
⚠️ Примітка: Цей калькулятор надає приблизні значення для попереднього проектування. Завжди перевіряйте за допомогою фактичних таблиць норм (ASME II-D, EN 10028, EN 10222) конкретну марку матеріалу, форму виробу, товщину та температуру.
Допустиме напруження — це максимальне напруження, дозволене в проєктованому елементі. Воно дорівнює міцності матеріалу, поділеній на коефіцієнт запасу, визначений нормами. Його використання забезпечує, що елемент не зруйнується за нормального (або ненормального) навантаження, з достатнім запасом безпеки.
Різні норми використовують різні коефіцієнти запасу, тому допустимі напруження для одного й того самого матеріалу відрізняються.
ASME VIII використовує коефіцієнт запасу для UTS 3.5 (до 2007 року він становив 4.0), тоді як EN 13445 використовує 2.4. Це означає, що ASME є консервативнішим за критерієм UTS. Однак обидві норми використовують 1.5 для границі плинності.
Для високоміцних матеріалів, у яких визначальною є границя плинності (наприклад, S355, 2205), обидві норми дають подібні результати. Для матеріалів нижчої міцності, у яких визначальним є UTS, ASME є значно консервативнішим.
І границя плинності, і UTS знижуються зі зростанням температури. Границя плинності знижується швидше. Вище температури початку повзучості напруження руйнування, залежне від часу, може стати визначальним критерієм.
Приклад: S355 за 400°C має Rp ≈ 297 МПа (порівняно з 355 за RT), тому допустиме напруження знижується з 213 до ~173 МПа (EN).
Повзучість стає суттєвою за температур вище: ~350°C для вуглецевої сталі, ~400°C для сталі Mo, ~450°C для CrMo, ~500°C для аустенітної SS. Вище цих температур напруження руйнування внаслідок повзучості за 100 000h, поділене на відповідний коефіцієнт запасу, може бути нижчим за допустиме напруження, визначене за границею плинності.
Коефіцієнт міцності зварного з’єднання (E або z) враховує можливі дефекти зварного шва:
- E=1,0: Повний радіографічний або ультразвуковий контроль усіх зварних швів
- E=0,85: Вибірковий (частковий) радіографічний контроль
- E=0,7: Без об’ємного NDE (лише візуальний контроль)
Ефективне допустиме напруження = σ_allow × E. Використання E=1,0 потребує більшого обсягу NDE, але дозволяє застосовувати тонші стінки.
Процедури, описані на цій сторінці, були розроблені та випробувані в польових умовах командою Vibromera за допомогою Balanset-1A — портативного двоканального балансувального пристрою та аналізатора вібрації для балансування роторів на місці експлуатації.
Професійні портативні прилади. Використовуються у понад 50 країнах.
