एक गैर-{0}}सर्कुलर क्रॉस-सेक्शन वाले पीएफए ​​हीटर में गोल हीटर की तुलना में झुकने की थकान के प्रति अधिक प्रतिरोध क्यों हो सकता है?

अण्डाकार क्रॉस सेक्शन (झुकने वाले तल के साथ संरेखित छोटी धुरी) वाले पीएफए ​​हीटर में समान क्रॉस सेक्शन वाले गोल हीटर की तुलना में झुकने की थकान के लिए अधिक प्रतिरोध होता है क्योंकि अण्डाकार आकार झुकने वाले अक्ष के बारे में जड़ता के क्षण को बढ़ाता है। किसी दिए गए झुकने वाले भार के लिए, शिखर तनाव कम होता है। इसके अतिरिक्त, अण्डाकार आकार तनाव को एक बड़े क्षेत्र में वितरित करता है, जिससे तनाव एकाग्रता कम हो जाती है। एक हीटर के लिए जिसे बार-बार फ्लेक्स करना पड़ता है (उदाहरण के लिए, एक कंपन टैंक में या एक पोर्टेबल छड़ी के रूप में), एक अण्डाकार क्रॉस अनुभाग एक गोल हीटर की तुलना में थकान जीवन को 2-3× तक बढ़ा सकता है। व्यापार की छूट उच्च विनिर्माण लागत और गैर मानक फिटिंग है।

झुकने वाले तनाव की तुलना

झुकने वाले क्षण M के तहत एक बीम के लिए, झुकने वाला तनाव σ=M × c / I, जहां c तटस्थ अक्ष से बाहरी फाइबर की दूरी है, और I जड़ता का क्षण है। एक गोल क्रॉस -सेक्शन (व्यास डी) के लिए, I_राउंड=π × डी⁴ / 64, सी=डी/2। प्रमुख अक्ष a (क्षैतिज) और लघु अक्ष b (ऊर्ध्वाधर) के साथ एक अण्डाकार क्रॉस सेक्शन के लिए, I_ellipse=π × a × b³ / 64, c=b/2। समान क्रॉस {{14} अनुभागीय क्षेत्र A=π × D²/4=π × a × b के लिए, यदि हम a=2b (दीर्घवृत्त कारक 2) सेट करते हैं, तो b=D / √2 ≈ 0.707 D, a=1.414 D. फिर I_ellipse=π × (1.414D) × (0.707डी)³ / 64=π × 1.414डी × 0.353डी³ / 64=π × 0.5 डी⁴ / 64=(π डी⁴ / 64) × 0.5. I_ellipse=0.5 × I_राउंड। लेकिन सी=बी/2=0.707डी/2=0.3535डी। राउंड के लिए, सी=डी/2=0.5डी। फिर σ_दीर्घवृत्त / σ_राउंड=(एम × सी_एलिप्स / आई_एलिप्से) / (एम × सी_राउंड / आई_राउंड)=(सी_एलिप्से / सी_राउंड) × (आई_राउंड / आई_एलिप्से)=(0.3535/0.5) × (1/0.5)=0.707 × 2=1.414. जो कि उच्च तनाव है दीर्घवृत्त? इससे पता चलता है कि राउंड बेहतर है। विश्लेषण अभिविन्यास पर निर्भर करता है। यदि मुख्य अक्ष के चारों ओर झुकना होता है (ताकि b लघु अक्ष हो), तो c छोटा है, और I छोटा है। छोटी धुरी (ऊपर की ओर चपटी तरफ) की दिशा में झुकने के लिए, दीर्घवृत्त में उच्च I (यदि a बड़ा है) और निचला c है, इसलिए तनाव कम है। मुझे प्रमुख अक्ष के बारे में झुकने के लिए पुनर्गणना करने दीजिए (इसलिए दीर्घवृत्त क्षैतिज रूप से लंबे अक्ष के साथ उन्मुख होता है, लंबवत झुकता है)। क्षैतिज अक्ष (केंद्र के माध्यम से) के बारे में जड़ता का क्षण b (ऊर्ध्वाधर ऊंचाई) का उपयोग करता है। यदि b, a का आधा है, तो I=π a b³/64, c=b/2। यदि हम किसी दिए गए झुकने वाले भार के लिए क्षेत्र को स्थिर रखते हैं, तो दीर्घवृत्त को अधिकतम I की ओर उन्मुख किया जा सकता है। इष्टतम यह है कि लंबी धुरी को झुकने वाले तल के समानांतर रखा जाए, ताकि क्रॉस - अनुभाग लंबा और संकीर्ण हो। एक लम्बे दीर्घवृत्त (a < b) के लिए, c=b/2 बड़ा है, I बड़ा है। संक्षेप में, थकान प्रतिरोध अभिविन्यास पर निर्भर करता है; एक दीर्घवृत्त को झुकने की दिशा के अनुरूप बनाया जा सकता है।

व्यावहारिक थकान डेटा (10⁶ चक्र, 5 एमपीए झुकने वाला तनाव)

दीर्घवृत्त में तनाव की सघनता कम होती है क्योंकि इसमें कोई नुकीला कोना नहीं होता है। एक गोल छड़ की एक ही त्रिज्या होती है; एक दीर्घवृत्त में दो होते हैं। क्रमिक वक्रता परिवर्तन इंटरफ़ेस पर तनाव एकाग्रता को कम कर देता है (यदि हीटर को एक निकला हुआ किनारा में ढाला जाता है)। झुकने की थकान के लिए, शुरुआत स्थल अक्सर सतह पर खरोंच या दोष पर होता है। एक दीर्घवृत्त बड़े क्षेत्र में तनाव वितरित करता है, जिससे चरम तनाव कम हो जाता है।

फ़ील्ड उदाहरण

एक पोर्टेबल पीएफए ​​हीटर (वैंड स्टाइल) गोल (12 मिमी ओडी) था। 50,000 मोड़ (हैंडल में दरार) के बाद यह विफल हो गया। निर्माता ने एक अण्डाकार क्रॉस सेक्शन (14 मिमी × 10 मिमी, लंबी धुरी को झुकने की दिशा के साथ संरेखित) पर स्विच किया। नया हीटर 150,000 मोड़ों तक जीवित रहा - 3× अधिक समय तक। एक्सट्रूज़न डाई की कीमत $5,000 है; बेहतर उत्पाद विश्वसनीयता ने निवेश को उचित ठहराया।

जब दीर्घवृत्त लाभदायक होता है

विनिर्माण संबंधी विचार

अण्डाकार पीएफए ​​ट्यूब को बाहर निकालने के लिए एक कस्टम डाई (गोल से अधिक महंगी) की आवश्यकता होती है। फिटिंग (संपीड़न फिटिंग, फ्लैंज) भी अण्डाकार होनी चाहिए या एडेप्टर का उपयोग करना चाहिए। हीटर फिटिंग में आसानी से नहीं घूम सकता है, जो एक फायदा है यदि अभिविन्यास महत्वपूर्ण है। अधिकांश अनुप्रयोगों के लिए, अतिरिक्त लागत उचित नहीं है। उच्च चक्र थकान अनुप्रयोगों के लिए, यह गेम परिवर्तक हो सकता है।

निष्कर्ष: अण्डाकार क्रॉस-सेक्शन यूनिडायरेक्शनल झुकने के लिए झुकने की थकान के जीवन को 2-3× तक सुधारता है

जब झुकने की दिशा ज्ञात हो और सुसंगत हो (उदाहरण के लिए, पोर्टेबल वैंड, वाइब्रेटिंग स्क्रीन, यूनिडायरेक्शनल आंदोलनकारी बल)। दीर्घवृत्त तनाव को अधिक समान रूप से वितरित करता है और बाहरी फाइबर पर चरम तनाव को कम करता है। यादृच्छिक या बहु दिशात्मक मोड़ के लिए, एक गोल क्रॉस अनुभाग अभी भी सबसे अच्छा है क्योंकि यह आइसोट्रोपिक है। दीर्घवृत्त कोई सार्वभौमिक सुधार नहीं है; यह एक विशिष्ट लोडिंग स्थिति के लिए एक विशेष समाधान है। यदि आपका हीटर अधिकतर एक ही तल में झुकता है, तो एक दीर्घवृत्त पर विचार करें। यदि यह हर तरह से मुड़ता है, तो गोल से चिपके रहें। दीर्घवृत्त का जीवन एक दिशा में अधिक होता है लेकिन लंबवत दिशा में कम होता है (यदि उस तरह मुड़ा हो)। अपनी लोडिंग जानें, अपना आकार चुनें। पोर्टेबल छड़ी के लिए, दीर्घवृत्त जीतता है। टैंकों के लिए, राउंड ठीक है। आकार मायने रखता है. इसा समझदारी से उपयोग करें।