Kajian eksperimen mengenai sifat mekanikal suhu rendah bahan menara penghantaran

abstrak

menara pemancar, komponen kritikal grid kuasa, terdedah kepada keadaan persekitaran yang melampau, termasuk suhu rendah di kawasan sejuk, yang boleh menjejaskan sifat mekanikal bahan mereka. Artikel ini membentangkan kajian eksperimen mengenai sifat mekanikal suhu rendah keluli yang digunakan di menara penghantaran, memberi tumpuan kepada kekuatan tegangan, kekuatan hasil, Kemuluran, dan kesan ketangguhan. Bahan seperti keluli kekuatan tinggi Q345B dan Q420C diuji pada suhu antara 20 ° C hingga -45 ° C, mensimulasikan keadaan musim sejuk yang keras. Jadual perbandingan memberikan data mengenai prestasi mekanikal, Walaupun analisis meneroka implikasi untuk reka bentuk dan keselamatan menara di iklim sejuk. Kajian ini menyoroti strategi pemilihan bahan dan arahan penyelidikan masa depan untuk meningkatkan kebolehpercayaan menara penghantaran pada bulan Mac 22, 2025.

1. pengenalan

Menara Transmisi Menyokong Talian Kuasa Overhead, Memastikan penghantaran elektrik yang boleh dipercayai di jarak jauh. Di kawasan dengan musim sejuk yang teruk -seperti China Utara, Kanada, dan suhu Rusia boleh turun di bawah -40 ° C, mencabar integriti struktur bahan menara. Suhu rendah boleh menyebabkan tingkah laku rapuh dalam keluli, Meningkatkan risiko patah tulang dan menjejaskan kestabilan menara. Memandangkan tenaga global menuntut kenaikan dan kebolehubahan iklim semakin meningkat, memahami sifat mekanikal suhu rendah menara penghantaran Bahan menjadi penting untuk infrastruktur kuasa yang selamat dan cekap.

Artikel ini memperincikan siasatan eksperimen ke atas tingkah laku keluli yang biasa digunakan (Q345B dan Q420C) di bawah keadaan suhu rendah. Ia meneliti sifat tegangan, kesan ketangguhan, dan perubahan mikrostruktur, Membandingkan sampel yang dikimpal dan tidak dikimpal. Kajian ini bertujuan untuk memaklumkan pemilihan bahan, Piawaian reka bentuk, dan amalan penggantian untuk menara penghantaran di iklim sejuk, menyediakan sumber yang komprehensif untuk jurutera dan penyelidik.

2. Metodologi eksperimen

Persediaan eksperimen menilai sifat mekanik bahan menara penghantaran pada pelbagai suhu rendah. Parameter dan kaedah utama digariskan di bawah.

2.1 Bahan dan spesimen

Dua keluli kekuatan tinggi, Q345B dan Q420C, digunakan secara meluas di menara penghantaran, telah dipilih. Q345B menawarkan keseimbangan kekuatan dan kos, Walaupun Q420C memberikan kekuatan yang lebih tinggi untuk menuntut aplikasi. Spesimen termasuk keluli sudut (Komponen menara utama) dan sendi yang dikimpal, disediakan mengikut piawaian ASTM.

2.2 Keadaan ujian

Ujian dijalankan pada 20 ° C (Baseline), 0° C, -20° C, dan -45 ° C., mencerminkan keadaan musim sejuk yang tipikal dan melampau. Ruang yang dikawal oleh suhu mengekalkan keadaan yang tepat, dengan penyejukan dicapai melalui nitrogen cecair.

2.3 Ujian mekanikal

• Ujian Tegangan: Langkah -langkah menghasilkan kekuatan (S_y), kekuatan tegangan muktamad (Σ_u), dan pemanjangan menggunakan mesin ujian sejagat.
• Ujian Impak Charpy: Menilai ketangguhan kesan (tenaga diserap) Pada v-notch, Menentukan suhu peralihan mulur-ke-rapuh (DBTT).
• Analisis mikrostruktur: Meneliti struktur bijirin dan permukaan patah melalui pengimbasan mikroskopi elektron (WHO).

3. Hasil eksperimen

Hasil dari ujian tegangan dan kesan memberikan pandangan tentang prestasi suhu rendah. Jadual 1 Mempersembahkan sifat tegangan, Semasa jadual 2 Butiran memberi kesan kepada ketangguhan.

3.1 Sifat tegangan

Kedua -dua pameran Q345b dan Q420c meningkatkan hasil dan kekuatan tegangan pada suhu yang lebih rendah, Tingkah laku biasa dalam keluli disebabkan oleh mobiliti atom yang dikurangkan. Walau bagaimanapun, pemanjangan berkurangan, menunjukkan kemuluran yang dikurangkan. Pada -45 ° C., Penurunan pemanjangan Q345B ke 16% (daripada 24%), sementara Q420C jatuh ke 15% (daripada 22%).

3.2 Kesan ketangguhan

Tenaga kesan berkurangan dengan suhu dengan suhu, mencerminkan peralihan ke arah tingkah laku rapuh. Q420C mengekalkan ketangguhan yang lebih tinggi pada -45 ° C (45 J) berbanding dengan Q345b (30 J), dengan DBTT yang lebih rendah (-32.3° C vs.. -2.5° C), mencadangkan rintangan sejuk yang lebih baik.

3.3 Sendi dikimpal

Sampel yang dikimpal menunjukkan ketangguhan sedikit lebih rendah kerana zon yang terkena haba (Haz). Untuk kimpalan Q345B, DBTT meningkat ke -15.3 ° C, dan untuk Q420C, Ia -6.8 ° C., menunjukkan kimpalan lebih mudah terdedah kepada kelembutan.

4. Analisis Perbandingan

Jadual 3 Membandingkan Q345b dan Q420c dengan bahan alternatif seperti Q235 (keluli kekuatan rendah) dan aloi aluminium (cth, 6061-T6) pada -45 ° C..

4.1 Kekuatan dan ketangguhan

Q420C mengatasi prestasi Q345b dan Q235 dalam kekuatan dan ketangguhan pada -45 ° C, menjadikannya lebih baik untuk sejuk yang melampau. Aloi aluminium menawarkan ketangguhan unggul (60 J) tetapi kekuatan yang lebih rendah, Mengehadkan penggunaannya di menara beban berat.

4.2 Keberkesanan kos

Q345B ($800/nada) Mengimbangi kos dan prestasi, manakala Q420C ($1000/nada) membenarkan kos yang lebih tinggi dengan sifat yang dipertingkatkan. Q235 ($600/nada) lebih murah tetapi tidak mencukupi untuk iklim sejuk, dan aluminium ($2500/nada) adalah kos-pelarasan.

5. Perbincangan

5.1 Kesan suhu rendah

Suhu rendah meningkatkan kekuatan tetapi mengurangkan kemuluran dan ketangguhan, Meningkatkan risiko patah rapuh. DBTT bawah Q420C menjadikannya lebih berdaya tahan, terutamanya di kawasan di bawah -20 ° C.

5.2 Ketidaksempurnaan kimpalan

Sendi dikimpal mempamerkan DBTT yang lebih tinggi, mencadangkan bahawa teknik kimpalan (cth, memanaskan, pemilihan pengisi) mesti dioptimumkan untuk mengekalkan ketangguhan dalam persekitaran sejuk.

5.3 Implikasi reka bentuk

Reka bentuk menara di iklim sejuk harus mengutamakan Q420C untuk komponen kritikal, dengan faktor keselamatan meningkat (cth, 1.5-2.0) untuk mengira kehebatan. Pemeriksaan kimpalan secara berkala disyorkan.

6. Cabaran

• Variabiliti ujian: Kawalan suhu dan penyediaan spesimen mempengaruhi konsistensi.
• Kekangan kos: Keluli kelas tinggi meningkatkan belanjawan projek.
• Keadaan medan: Hasil makmal mungkin tidak sepenuhnya meniru beban angin dan ais.

7. Penyelidikan masa depan

• Pembangunan aloi: Terokai keluli dengan peningkatan ketangguhan suhu rendah.
• Memuatkan dinamik: Ujian keletihan dan kesan angin pada suhu rendah.
• Kesan salutan: Kesan Kesan Galvanisasi terhadap Sifat Mekanikal.

8. kesimpulan

Kajian eksperimen ini mendedahkan bahawa suhu rendah meningkatkan kekuatan keluli Q345b dan Q420C tetapi mengurangkan kemuluran dan ketangguhan mereka, dengan Q420C menunjukkan rintangan sejuk yang unggul kerana DBTT yang lebih rendah. Kedudukan Analisis Perbandingan Q420C sebagai pilihan optimum untuk menara penghantaran di musim sejuk yang keras, mengimbangi prestasi dan kos. Penemuan ini memaklumkan pemilihan bahan dan standard reka bentuk, memastikan keselamatan dan kebolehpercayaan infrastruktur kuasa di iklim sejuk. Penyelidikan masa depan dapat memperbaiki pandangan ini, meningkatkan daya tahan menara apabila tuntutan tenaga berkembang.