где - внутреннее давление, МПа;
- внутренний диаметр трубы, равный , мм;
- номинальный наружный диаметр трубы, мм;
- номинальная толщина стенки трубы, мм;
- наружное давление, МПа;
- радиальная координата, .
Упругие радиальные и тангенциальные напряжения не зависят от осевой нагрузки.
А.1.2.3 Равномерное осевое напряжение
Сила тяжести вместе с другими внешними нагрузками (изменения температуры и давления, способ спуска в скважину и др.) создает осевое усилие , вызывающее напряжение , МПа (составляющая осевого напряжения, не вызываемая изгибом), равномерно распределенное по поперечному сечению и вычисляемое по следующей формуле
, (A.3)
где - осевое усилие, Н;
- площадь поперечного сечения трубы, равная , мм ;
- номинальный наружный диаметр трубы, мм;
- внутренний диаметр трубы, равный , мм;
- номинальная толщина стенки трубы, мм.
В случаях когда известно осевое усилие, вызванное им напряжение определяют по формуле (А.3). В других случаях когда известно осевое напряжение, по нему находят усилие . Так, если труба зацементирована в скважине, то ее растяжение и сжатие в осевом направлении невозможны. Осевое напряжение, а значит, и осевое усилие являются тогда функцией изменения температуры и давления. Таким образом, осевое напряжение и осевое усилие являются вторичными, а не первичными переменными. В этих случаях применяют формулу (А.3).
А.1.2.4 Напряжение изгиба
Составляющую осевого напряжения , вызванную изгибом, МПа, вычисляют по следующей формуле
, (A.4)
где - изгибающий момент, Н·м;
- момент инерции поперечного сечения трубы, равный , мм ;
- модуль Юнга, равный 206,9 ГПа;
- изгиб трубы - обратная величина радиуса изгиба оси трубы, рад/м;
- радиальная координата ;
- внутренний диаметр трубы, равный , мм;
- номинальный наружный диаметр трубы, мм;
- номинальная толщина стенки трубы, мм.
Знак ± указывает на то, что составляющая осевого напряжения, вызванная изгибом, может быть положительной (при растяжении) или отрицательной (при сжатии) в зависимости от положения рассматриваемой точки поперечного сечения. От изгиба в точках поперечного сечения, расположенных ближе к центру радиуса кривизны, чем продольная ось трубы, возникают сжимающие напряжения, а в точках поперечного сечения, расположенных дальше от центра радиуса кривизны, чем продольная ось трубы, возникают растягивающие напряжения.
Единицей измерения переменной является радиан на метр, что не характерно для нефтяной и газовой промышленности. Чаще применяемой единицей измерения переменной является градус на 30 м. Для перевода единицы измерения градус на 30 м в радиан на метр правую часть формулы (6) настоящего стандарта необходимо умножить на постоянную /(180·30) или 5,8178·10 .
А.1.2.5 Напряжения кручения
Касательное напряжение при кручении , МПа, действующее по окружности поперечного сечения трубы, составляет
, (А.5)
где - крутящий момент, Н·м;
- радиальная координата ;
- внутренний диаметр трубы, равный , мм;
- номинальный наружный диаметр трубы, мм;
- номинальная толщина стенки трубы, мм;
- полярный момент инерции поперечного сечения трубы, равный , мм .
А.1.3 Формула предельных значений трехмерной текучести
А.1.3.1 Общие положения
При известных значениях внутреннего и наружного давлений, осевого усилия, изгибающего и крутящего моментов, эквивалентное напряжение , МПа, вычисляют по следующей формуле
, (А.6)
где - радиальное напряжение по формуле (А.1), МПа;
- тангенциальное напряжение по формуле (А.2), МПа;
- составляющая осевого напряжения, не вызванная изгибом, по формуле (А.3), МПа;
- составляющая осевого напряжения, вызванная изгибом, по формуле (А.4), МПа;
- касательное напряжение при кручении по формуле (А.5), МПа.
Условие возникновения текучести:
, (А.7)
при этом соответствует упругому состоянию;