Mức độ ứng suất cho phép là bao nhiêu?

Ứng suất cho phép (σ_allow hoặc f hoặc S) là ứng suất tối đa được cho phép trong thiết kế. Nó bằng cường độ vật liệu chia cho hệ số an toàn được xác định bởi tiêu chuẩn thiết kế (ví dụ: ASME VIII, EN 13445).

Theo tiêu chuẩn ASME VIII, ứng suất cho phép được tính như thế nào?

ASME VIII Div.1: S = min(Rp0.2/1.5, Rm/3.5) ở nhiệt độ phòng. Ở nhiệt độ cao hơn, các đặc tính phụ thuộc thời gian (biến dạng dẻo) có thể chi phối. Phiên bản năm 2007 đã giảm hệ số UTS từ 4 xuống 3,5.

Theo tiêu chuẩn EN 13445, ứng suất cho phép được tính như thế nào?

EN 13445-3: f = min(Rp0.2/1.5, Rm/2.4) đối với thép ferrit. Đối với thép austenit: f = max(Rp0.2/1.5, Rp1.0/1.2) nhưng ≤ Rm/3. Các giá trị phụ thuộc vào nhiệt độ từ EN 10028.

Hiện tượng biến dạng dẻo (creep) trở nên quan trọng khi nào?

Hiện tượng rão xảy ra đáng kể ở nhiệt độ trên ~350°C đối với thép cacbon, ~400°C đối với thép hợp kim thấp, ~450°C đối với thép không gỉ austenit và ~500°C đối với thép hợp kim cao. Trên các nhiệt độ này, ứng suất phá vỡ phụ thuộc vào thời gian sẽ chi phối giới hạn cho phép.

Hiệu suất mối hàn là gì?

Hiệu suất mối hàn (E hoặc z) làm giảm ứng suất cho phép dựa trên mức độ kiểm tra không phá hủy (NDE): E=1,0 đối với kiểm tra chụp X-quang toàn diện, E=0,85 đối với kiểm tra chụp X-quang điểm, E=0,7 đối với không có kiểm tra NDE thể tích. Nó tính đến các khuyết tật tiềm ẩn của mối hàn.

Công cụ kỹ thuật miễn phí

Ứng suất cho phép theo vật liệu

Tính toán ứng suất cho phép thiết kế theo tiêu chuẩn ASME VIII Div.1 hoặc EN 13445-3. Các đặc tính phụ thuộc vào nhiệt độ, kiểm tra độ bền kéo đứt do từ biến, hệ số hiệu quả mối hàn. 12+ mác vật liệu.

ASME Phần VIIIEN 13445σ_cho phépKiểm tra biến dạng dẻoHệ số hàn

Vật liệu cấp độ

Mã thiết kế

Nhiệt độ thiết kế (°C)

Hiệu suất mối hàn

Loại tải

Cài đặt nhanh

Ứng suất cho phép trong thiết kế

Ứng suất cho phép σ_allow × E

—

Rp0.2(T) / Hệ số an toàn

—

Rm(20°C) / Hệ số an toàn

—

σ_allow (trước hệ số hàn)

—

Tiêu chí quản lý

—

Kiểm tra phạm vi biến dạng dẻo

—

Mức cho phép điều chỉnh theo tải trọng

—

Tính chất vật liệu ở nhiệt độ T

—

EN 13445-3 (Thép Ferrit)

ASME Phần VIII, Phần 1

Giảm công suất theo nhiệt độ

Cả giới hạn chảy và độ bền kéo tối đa đều giảm khi nhiệt độ tăng. Công cụ tính toán này sử dụng các đường cong giảm tải tuyến tính dựa trên dữ liệu EN 10028 / ASME II-D:

Dưới 100°C: các đặc tính được thể hiện ở nhiệt độ phòng.
100–400°C: giảm dần (hiệu suất giảm nhanh hơn UTS)
Trên 400°C: giảm đáng kể; hiện tượng rão có thể chi phối.

Chế độ bò trườn

Khi nhiệt độ thiết kế vượt quá nhiệt độ bắt đầu hiện tượng rão, ứng suất phá hủy phụ thuộc thời gian sẽ chi phối. Nhiệt độ bắt đầu rão điển hình:

Loại vật liệu	Nhiệt độ bắt đầu biến dạng dão (°C)	Nhiệt độ thiết kế tối đa điển hình
Thép cacbon (S235, S355)	~350	400°C
Áp suất C-Mn (P265GH, P355GH)	~380	450°C
Thép Mo (16Mo3)	~400	500°C
Thép CrMo (13CrMo4-5)	~450	550°C
2¼Cr-1Mo (10CrMo9-10)	~470	600°C
Thép không gỉ Austenit (304, 316L)	~500	700°C

Ví dụ thực tế

Ví dụ — P265GH ở 250°C, EN 13445

Được cho: P265GH, Rp(20)=265 MPa, Rm=410 MPa, T=250°C, mối hàn E=1,0

Rp(250°C) ≈ 265 × 0,85 = 225,3 MPa (giảm công suất theo nhiệt độ)

f_yield = 225,3 / 1,5 = 150,2 MPa

f_UTS = 410 / 2,4 = 170,8 MPa

f = min(150,2, 170,8) = 150,2 MPa (Lợi suất quyết định)

Với E=1,0: σ_allow = 150,2 MPa

So sánh vật liệu ở nhiệt độ phòng

Vật liệu	0,2 Rp	Phòng	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
Thép không gỉ 304	210	520	140	138
Thép không gỉ 316L	200	500	133	133
2205 Căn hộ song lập	450	620	258	177

⚠️ Lưu ý: Máy tính này cung cấp các giá trị gần đúng cho thiết kế sơ bộ. Luôn luôn kiểm tra lại với các bảng tiêu chuẩn thực tế (ASME II-D, EN 10028, EN 10222) cho loại vật liệu, hình dạng sản phẩm, độ dày và nhiệt độ cụ thể của bạn.

Ứng suất cho phép là ứng suất lớn nhất được phép trong một chi tiết thiết kế. Nó bằng độ bền vật liệu chia cho hệ số an toàn do quy phạm xác định. Sử dụng giá trị này đảm bảo chi tiết không bị hỏng dưới tải trọng bình thường (hoặc bất thường), với dự trữ an toàn đầy đủ.

Các quy phạm khác nhau sử dụng hệ số an toàn khác nhau, dẫn đến các giá trị ứng suất cho phép khác nhau đối với cùng một vật liệu.

ASME VIII sử dụng hệ số an toàn UTS là 3.5 (trước 2007 là 4.0), trong khi EN 13445 sử dụng 2.4. Điều này có nghĩa là ASME thận trọng hơn theo tiêu chí UTS. Tuy nhiên, cả hai đều sử dụng 1.5 cho giới hạn chảy.

Đối với vật liệu có độ bền cao mà giới hạn chảy chi phối (ví dụ S355, 2205), cả hai bộ quy phạm cho kết quả tương tự. Đối với vật liệu có độ bền thấp hơn mà UTS chi phối, ASME thận trọng hơn đáng kể.

Cả giới hạn chảy và UTS đều giảm khi nhiệt độ tăng. Giới hạn chảy giảm nhanh hơn. Trên nhiệt độ bắt đầu từ biến, ứng suất phá hủy phụ thuộc thời gian có thể trở thành tiêu chí chi phối.

Ví dụ: S355 ở 400°C có Rp ≈ 297 MPa (so với 355 ở RT), nên ứng suất cho phép giảm từ 213 xuống ~173 MPa (EN).

Từ biến trở nên đáng kể trên các mức nhiệt độ sau: ~350°C đối với thép cacbon, ~400°C đối với thép Mo, ~450°C đối với CrMo, ~500°C đối với SS austenit. Trên các mức nhiệt độ này, ứng suất phá hủy do từ biến sau 100.000h chia cho hệ số an toàn tương ứng có thể thấp hơn ứng suất cho phép dựa trên giới hạn chảy.

Hệ số hiệu quả mối hàn (E hoặc z) tính đến các khuyết tật có thể có của mối hàn:

E=1,0: Kiểm tra toàn bộ tất cả các mối hàn bằng chụp bức xạ hoặc siêu âm
E=0,85: Kiểm tra bằng chụp bức xạ tại các vị trí chọn lọc (một phần)
E=0,7: Không kiểm tra NDE thể tích (chỉ kiểm tra bằng mắt)

Ứng suất cho phép hiệu dụng = σ_allow × E. Sử dụng E=1,0 đòi hỏi nhiều NDE hơn nhưng cho phép thành mỏng hơn.

Các quy trình được mô tả trên trang này đã được đội ngũ Vibromera phát triển và thử nghiệm thực địa bằng Balanset-1A, một máy cân bằng hai kênh cầm tay kiêm máy phân tích rung động dùng để cân bằng rotor tại chỗ.

Công cụ tính toán ứng suất cho phép | ASME VIII / EN 13445 | Giảm tải theo nhiệt độ | Công cụ miễn phí