Напряженно-деформированное состояние шлюзовых ворот Химин, Владимир Никитович

Введение к работе

- з -

Актуальность темы. В настоящее время при проектировании шлюзовых ворот, являющихся сложной пространственной конструкцией с неясными условиями спирання по вертикальным створному и вере-яльному столбам, нагрузками, действующими как в плоскости створок, так и перпендикулярно к ней, в которой все конструктивные элементы: обшивка, ригели, диафрагмы, стрингеры, диагонали, работающие совместно, рассчитываются как совокупность отдельных частей, не связанных между собой и воспринимающих гидростатический напор. При этом другие виды нагружения: работа ворот при маневрировании, воздействие обратной волны, действие вибраций, а также циклический характер приложения сил не учитывается.

Кроме того, большое значение могут иметь условия створення, приводящие к перераспределению нагрузок, а также температурные напряжения.

Наличие местных разрушений (трещин),наблюдаемых после нескольких лет эксплуатации указывает на недостаточность такого расчета и необходимость полного исследования работы шлюзовых ворот с учетом всех вышеуказанных факторов.

Таким образом, актуальность темы состоит в разработке методики расчета на прочность и долговечность шлюзовых ворот, применительно как для создания новых ворот, так и для реконструкции действующих.Работа восполняет отсутствие экспериментального материала по испытаниям на долговечность элементов конструкции шлюзовых ворот и предлагает более точную методику расчета напряженного состояния и прогнозирования долговечности ворот.

Представленные в диссертационной работе исследования выполнены в соответствии с "Планом разработки и освоения новых видов продукции" Минэнерго СССР по теме №10178 "Исследование прочности

- 4 -конструкций шлюзовых ворот и разработка новой методики их расчета при действии циклической нагрузки".

Цель работы состоит в том, чтобы на базе экспериментальных данных и теоретических решений разработать методику расчета шлюзовых ворот на прочность и долговечность. Для решения первой задачи необходимо определить действующие на створку ворот нагрузки и вызванное ими напряженное состояние. Другая задача состоит в определении ресурса конструкции, т.е. установлении зависимости между долговечностью сварных узлов и характеристиками их напряженного состояния.

Идея работы заключается в том, что при разработке более точной методики расчета шлюзовых ворот, повышающей их долговечность, необходимо учитывать наиболее существенные факторы (гидростатическое давление, работа ворот при маневрировании, воздействие обратной волны, действие вибраций, вклад температурных напряжений, влияние условий створення, а также циклический характер приложения сил), влияющие на прочность и долговечность конструкции,часть которых ранее не рассматривались.

Методы исследований. Для достижения поставленной цели в работе использован комплексный метод исследований, включающий на -турные испытания и эксперименты на модели с использованием методов тенэометрирования, осциллографирования и моделирования, расчеты с использованием методов математического аппарата и програ-мирования, аналитические исследования с использованием методов сопротивления материалов и строительной механики.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации, обусловленакорректной постановкой зздач; использованием фундаментальных положений сопротивления материалов и строительной механики; строгостью использования экспериментальных методов и математического аппарата;

- 5 -удовлетворительной сходимостью результатов эксперимента на модели, расчета и натурных исследований (отклонение составляет в среднем 13 - 20 % при надежности 0,95); сопоставлением решений характерных задач с данными теоретических исследований, выполненных другими авторами.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. напряженно-деформированное состояние (НДС) шлюзовых ворот в значительной степени зависит от условий створення, приводящим к перераспределению нагрузок, изменяющих НДС;

2. определение НДС створки шлюзовых ворот численным методом достигается использованием математической модели створки, моделируемой как пластины переменной жесткости, нагруженной нормальным давлением и распределенными по боковым поверхностям изгибающими моментами и продольными усилиями, алгоритм решения которой реализуется на ЭВМ в виде пакета прикладных программ;

3. прочность и долговечность шлюзовых ворот определяется не только нагрузками, действующими на створку ворот, но и циклическим характером их приложения;

4. малоцикловые усталостные испытания сварных узлов натурных толщин в условиях двухосного нагружения позволяют вывести зависимость между долговечностью сварного узла и характеристиками их напряженного состояния.

Научная новизна работы.

I. Определено НДС створки шлюзовых ворот при различных режимах эксплуатационных нагрузок. Впервые получены результаты о влиянии условий створення створки на прочность конструкции. Оценена возможность двухчастотного нагружения конструкции, учтен вклад температурных напряжений в напряженное состояние створки. Опре -делены зоны, в которых при нормальных нагрукенипх в условиях двухосного напряженного состояния происходит переход металла в плас-

- б -

тическое состояние.

2. Разработана новая методика проведения усталостных испытаний при двухосном нагружении узлов шлюзовых ворот натурных толщин. Впервые получены кривые малоцикловой усталости для сварных узлов в условиях двухосного нагружения, позволяющие определить долговечность узла по величине интенсивности номинальных деформаций и, наоборот, исходя из заданного срока службы, опреде -лить допустимый уровень номинальных нагружении.

3. Разработана и реализована в виде пакета прикладных программ для ЭВМ математическая модель створки, позволяющая рассчитать общее напряженное состояние конструкции под действием гидростатического давления с учетом нерегулярности створення.Разработана для ЭВМ программа расчета напряжений и деформаций в панели обшивки с учетом начальной погиби и сил в срединной поверхности.

Научное значение состоит в экспериментальном и численном определении НДС створки шлюзовых ворот, в разработке новой методики проведения усталостных испытаний при двухосном нагружении узлов шлюзовых ворот натурных толщин, а также в разработке более точной методики расчета шлюзовых ворот на прочность и долговечность.

Практическое значение. Разработанная методика дает возможность с достаточной для инженерной практики точностью и полнотой производить расчет шлюзовых ворот при действии циклической нагрузки. Многие результаты представлены в виде формул, таблиц и графиков, что позволяет использовать их непосредственно в проектной практике.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на УП Всесоюзной школы-семинара "Метод конечных элементов з механике деформируемых тел" (г.Запорожье, 1985г.), I Всесоюзной конференции "Технологические проблемы прочности не-

сущих конструкций" (г.Запорожье, 1991 г.), научных семинарах кафедры сопротивления материалов и строительной механики Запорожского индустриального института (г.Запорожье, І99І-І993г.г.),научных семинарах кафедры строительной механики Государственной металлургической академии Украины (г.Днепропетровск, 1935-1995г.), объединенном семинаре при специализированном совете Д 03.06.04 Государственной горной академии Украины (г.Днепропетровск,1995г.)

Публикации. Основные положения и результаты исследований по теме диссертации опубликованы в 8 работах, в том числе получено авторское свидетельство на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы из 81 наименования и приложения. Полный объем составляет 154 страницы машинописного текста, содержит 55 рисунков и 3 таблицы.