不銹鋼管道元件變形的基本形式有拉伸(壓縮)、剪切、扭轉和彎曲共四種,受多種荷載作用的不銹鋼(gang)管(guan)子變形都可視為這四種基本變形的組合。
1. 拉伸(壓(ya)縮(suo))
不銹(xiu)鋼管道(dao)的(de)(de)軸向(xiang)拉伸和壓(ya)縮(suo)表(biao)現為管道(dao)沿軸線方向(xiang)發生伸長或(huo)縮(suo)短,是由大(da)小相等、方向(xiang)相反、作用線與管道(dao)中心軸線重合的(de)(de)一對外力引起的(de)(de)管子變形(xing)形(xing)式。圖(tu)9-1所示為管道(dao)軸向(xiang)拉伸和壓(ya)縮(suo)時的(de)(de)受力簡圖(tu)。
根(gen)據圣維南(nan)原(yuan)理(li)可知,管子的(de)(de)兩端(duan)(duan)部沿截(jie)面上(shang)的(de)(de)力不一定均勻(yun)分布,但遠(yuan)離端(duan)(duan)部的(de)(de)任一橫截(jie)面上(shang)的(de)(de)內力是均勻(yun)分布的(de)(de)。
2. 剪切
不銹鋼管(guan)子(zi)的剪(jian)切變(bian)形(xing)(xing)(xing)是由大(da)小相等、方向相反、作用線垂直(zhi)于管(guan)軸且距離很近的一對力引(yin)起的管(guan)子(zi)變(bian)形(xing)(xing)(xing)形(xing)(xing)(xing)式。其變(bian)形(xing)(xing)(xing)特點表現為受剪(jian)管(guan)子(zi)的兩部分沿力的作用方向發生相對錯動,如圖9-2所示。
與不(bu)銹鋼管(guan)道的(de)(de)(de)拉(la)伸(shen)和壓縮相(xiang)似(si),可以(yi)近似(si)地(di)認為(wei)在管(guan)子遠(yuan)離(li)端部的(de)(de)(de)任一截面上的(de)(de)(de)剪力(內力)是沿截面均(jun)勻分(fen)布的(de)(de)(de),且其內(剪)力與外力大(da)小相(xiang)等、方向(xiang)相(xiang)反(fan),可認為(wei)其切(qie)應力沿截面也(ye)均(jun)勻分(fen)布。
3. 扭(niu)轉
不銹鋼管(guan)子(zi)(zi)的(de)扭轉(zhuan)變(bian)形是由(you)大小相等、方(fang)面相反、作用(yong)面垂(chui)直于管(guan)軸(zhou)的(de)兩個力(li)矩引起(qi)的(de)管(guan)子(zi)(zi)變(bian)形形式。其(qi)變(bian)形特點(dian)表現為管(guan)道元(yuan)件(jian)的(de)任(ren)意(yi)兩個橫(heng)截面繞管(guan)子(zi)(zi)的(de)中心軸(zhou)線發(fa)生相對(dui)轉(zhuan)動,如(ru)圖9-3所示。
根據(ju)圣維南(nan)原(yuan)理(li)可(ke)知,在管子的任一(yi)截面上的內力(矩)n是均(jun)勻分(fen)布的,且根據(ju)力的平衡法則(ze)可(ke)知,
Mn也是(shi)一(yi)個矢量(liang),且規(gui)定:按右手螺旋法(fa)則,當(dang)矢量(liang)方向(xiang)與截(jie)面的外法(fa)線方向(xiang)一(yi)致時,Mn為(wei)正,反之為(wei)負。對于管子的扭轉變形,其應力(li)在管子各橫截(jie)面上的分布已不再是(shi)均勻的。
4. 彎曲
這里(li)僅研究(jiu)純(chun)彎曲(qu)(qu)的(de)(de)情況,即不(bu)銹鋼管(guan)子(zi)各橫截(jie)面上只有正應(ying)力(li)(li)而無切(qie)應(ying)力(li)(li),管(guan)道元件中心(xin)軸(zhou)(zhou)線變(bian)形(xing)后為(wei)(wei)一平(ping)面曲(qu)(qu)線。此(ci)時管(guan)子(zi)的(de)(de)彎曲(qu)(qu)變(bian)形(xing)是由大小相等(deng)、方(fang)向(xiang)相反(fan)、作(zuo)用面為(wei)(wei)沿管(guan)子(zi)中心(xin)軸(zhou)(zhou)線的(de)(de)縱向(xiang)平(ping)面并包含軸(zhou)(zhou)線在內的(de)(de)兩個力(li)(li)矩引起的(de)(de)管(guan)子(zi)變(bian)形(xing)形(xing)式。其變(bian)形(xing)特點表(biao)現為(wei)(wei)管(guan)子(zi)的(de)(de)中心(xin)軸(zhou)(zhou)線由直(zhi)線變(bian)為(wei)(wei)平(ping)面曲(qu)(qu)線,如(ru)圖9-4所示(shi)。
應(ying)滿(man)足工(gong)程上規定(ding)的剛度(du)條件,即為(wei)工(gong)程上規定(ding)的許用撓度(du)值)。