Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Построение упругой модели силовых панелей тонкостенной конструкции
1.1.Выборе расчетной модели 10
1.2 Кинематические гипотезы, используемые при построении расчетных моделей силовых элементов тонкостенной конструкции
1.3 Вариационное уравнение равновесия конструкции 18
1.4 Алгоритм формирования матрицы жесткости силовой панели. 23
1.5. Вычисление метрики поверхности 26
1.6. Тестирование упругой модели. 31
Глава 2. Построение упругой модели составной тонкостеной конструкции
2.1. Вариационное уравнение равновесия составной конструкции. 35
2.2. Расчет устойчивости элементов составной тонкостенной конструкции. 40 Классический подход .
2.3. Расчет устойчивости элементов составной тонкостенной конструкции без 42 предварительного определения напряженно деформированного состояния.
2.4 Определение рациональной толщины силовых слоев панелей. 44
2.5. Определение рационального направления армирования. 47
2.6. Расчет устойчивости отдельных силовых элементов сложной тонкостенной 52 конструкции.
Глава 3. Математическое моделирование и алгоритмы определения рациональных параметров тонкостенных конструкций .
3.1 Постановка задачи.
3.2. Определение рационального распределения толщины силовой поверхности панели .
3.3. Проектирование тонкостенной конструкции максимальной жесткости с учетом потери устойчивости панелей
3.4 Проектировочный расчет траверсы. 67
Основные результаты и выводы 73
Список литературы
- Кинематические гипотезы, используемые при построении расчетных моделей силовых элементов тонкостенной конструкции
- Вычисление метрики поверхности
- Расчет устойчивости элементов составной тонкостенной конструкции. 40 Классический подход
- Определение рационального распределения толщины силовой поверхности панели
Введение к работе
Актуальность работы. Для обеспечения гарантии успеха программы создания современной авиационной техники в условиях ограниченных материальных ресурсов и сроков разработки, нужна более высокая степень точности прогнозирования характеристик проектируемого объекта на самых ранних стадиях проектирования. В инженерных приложениях обычно выбирают критерии экономического характера. Однако спектр возможных формулировок таких критериев весьма широк.
Интенсификация работ по созданию методов оптимизации связана, прежде всего, с развитием методов проектирования летательных аппаратов и сложных агрегатов, весовые и жесткостные характеристики которых требуют особого внимания.
В настоящее время сложились следующие направления в развитии оптимизации конструкции:
проектирование равнопрочных конструкций;
проектирование конструкций минимальной энергии деформации при постоянном объеме материала;
методы поиска оптимальной геометрии конструкции при заданном объеме материала;
проектирование конструкции минимального веса.
Развитие методов проектирования равнопрочных статически неопределимых
систем посвящены работы Рабиновича И.М., Виноградова А.И., Радцига Ю.П. и др. В работе использован подход Комарова А.А. для проектирования конструкции минимальной энергии деформации.
Настоящая работа является попыткой создания методики определения некоторых рациональных параметров с учетом анизотропии материала и возможной потерей устойчивости отдельных силовых элементов конструкции.
Цель и задачи исследований.
Цели и задачи диссертационной работы включают в себя:
- создание методики расчета критических параметров устойчивости, как отдельных силовых элементов сложной тонкостенной конструкции (локальная устойчивость), так и общей устойчивости всей составной конструкции.
- определение функции рационального распределения толщины материала
(при заданной конкретной нагрузке) сложной тонкостенной конструкции для повы- »
шеиия ее жесткости без увеличения веса;
-определение функции рационального распределения толщины материала между силовыми поверхностями панелей тонкостенной конструкции и толщины заполнителя при заданной конкретной нагрузке с учетом потери устойчивости панелей.
Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались методы математического моделирования механики деформирования упругого тела с учетом особенности деформирования тонкостенных конструкций.
Научная новизна. Создана методика и алгоритм построения математических моделей составных тонкостенных конструкций из композиционных материалов, позволяющие определить рациональное распределение толщины силовых слоев несущих панелей сложной составной конструкции с учетом потери устойчивости отдельных панелей.
Практическая значимость работы. Практическая ценность заключается в разработке и
реализации на ПЭВМ, в рамках единого расчетного комплекса, эффективных методов
проектировочного расчета с определением «рационального» распределения толщины
силовых слоев несущих панелей составной тонкостенной конструкции при действии (
сложной системы сил с учетом потери устойчивости панелей. Возможность опреде
ления «рациональных» параметров элементов тонкостенных конструкций позволяет <
на ранних стадиях проектирования вести более целенаправленный поиск необходи
мых жссткостных характеристик при подготовке изделия к стендовым испытаниям.
; >, ,(' v ' '-' > v
Результаты работы
-для сложных составных тонкостенных конструкций разработан алгоритм,
позволяющий определить напряженно деформированное состояние и критические
параметры потери устойчивости отдельных панелей и всей конструкции в целом;
f, -разработана методика определения функции рационального распределения
толщины в силовых поверхностях несущих панелей составной тонкостенной конструкции под действием сложной системы сил и с учетом потери устойчивости пане-лей.
Достоверность результатов обеспечивается строгим математическим обоснованием математических подходов; результаты расчетов проанализированы с точки зрения их физической достоверности, сравнены в некоторых случаях с решением на основе других методов и с данными экспериментальных исследований.
Апробация работы. Содержание и результаты диссертации опубликованы в 3-х статьях (ИВУЗ «Авиационная техника» и «Вестник» КГТУ им. А.Н. Туполева) и докладывались на международной научно-практической конференции «Автомобиль и техносфера», 2003г., в полном объеме диссертация докладывалась на расширенном заседании кафедр «Конструкции и проектирования летательных аппаратов», «Строительной механики ЛА», «Производства ЛА» КГТУ им. А.Н. Туполева, на научном семинаре в Казанском физико-техническом институте,-научном семинаре КФ МКБ ОАО «Туполев».
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав и
заключения. Работа изложена на 84 листах машинописного текста, содержит 49 ри-
> сунков, 2 таблицы и список литературы из 141 наименования.
Кинематические гипотезы, используемые при построении расчетных моделей силовых элементов тонкостенной конструкции
Анализ существующих теорий расчета авиационных конструкций, теорий расчета пластин и оболочек показывает, что главной отличительной особенностью расчетных моделей является применение тех или иных кинематических гипотез, определяющих перемещения точек конструкции. Так «балочная» расчетная модель, использующая гипотезу недеформируемости контура поперечного сечения, определяет перемещения точек сечения конструкции как перемещения жесткого диска. Теория расчета крыльев малого удлинения основаны на кинематических соотношениях, применяемых при расчете пластин или оболочек. Для расчета тонкостенных стержней крыльевого профиля использованы кинематические соотношения балочной теории и введены дополнительные тангенциальные перемещения точек контура поперечных сечений конструкции. Это направление связано с именами Балабуха Л.И. [ 9], Беляева [ 15], Власова В.З. [ 24], Кана С.Н. и Свердлова И.А. [ 60], Образцова И.Ф. [ 92-95], Одинокова Ю.Г. [ 97], Уманского А. А. [120] и других [1, 13,14,70,128].
Расчет крыльев малого удлинения основывался на гипотезах, применяемых для расчета пластин. Это направление отражено в работах [20-22,48,49,54,63,73,78,79,89,110, 115,122].
В алгоритмах, основанных на идее конечных элементов, реализован иной подход. Особенности деформирования конструкции при этом остаются как бы на втором плане. С использованием соотношений теории упругости создаются алгоритмы расчета сравнительно простых конечных элементов. Зависимость между напряжениями и деформациями, деформациями и перемещениями реализованы в программах для конечного элемента, или группы конечных элементов.
Главным достоинством метода конечных элементов (МКЭ) является его универсальность по отношению к объекту исследования и возможность учесть любого рода нерегулярности. Именно эти преимущества послужили причиной бурного развития МКЭ в последнее время как за рубежом, так и у нас в стране. Достоинства или недостатки этих подходов отражены в литературе достаточно полно. В настоящее время различными школами (КИСИ, КФТИ, ЦАГИ, АНТК Туполева и т.д.) на основе МКЭ созданы и совершенствуются мощные расчетные комплексы статического, динамического расчета. Сама природа МКЭ делает целесообразным его использование для расчета конструкций, состоящих из разнородных по характеру работы элементов, поскольку членение ее на отдельные части носит здесь естественный характер. Это направление отражено в работах [6,12,19,36,55,57,58,96,107,108,114,116].
Широкое использование трехслойных элементов в конструкции летательных аппаратов сопровождалось большим числом предлагаемых расчетных моделей (в том числе и с учетом нелинейности) и обилием применяемых при этом кинематических гипотез. Исследованиями в этой области занимались В.В.Новожилов [90,91], Х.М.Муштари [37,38,84-86], К.З.Галимов [34,35], А.С.Вольмир[25-27], В.В.Болотин [17] и многие другие. В.В. Новожиловым дан общий подход к проблеме деформирования гибких тел, послуживший толчком к интенсивному развитию теории оболочек.
В теории трехслойных конструкций существует большое многообразие вариантов математических моделей и разрешающих уравнений, построенных на основании определенных кинематических гипотез.
Как правило, математическая модель трехслойного пакета строится с учетом деформаций его поперечного сдвига. При одном подходе разрешающие уравнения уточненных теорий строятся на основе гипотез, привлекаемых ко всему пакету слоев в целом. В этом случае порядок уравнений, как и для однослойной оболочки, зависит только от характера принятых допущений и не связан с числом слоев. Наиболее часто применяемой в рамках этого направления является сдвиговая модель С.П.Тимошенко [117-118]. Есть подход построения уточненных теорий трехслойных оболочек основанный на привлечении отдельной системы гипотез для каждого слоя пакета. Различия расчетных схем трехслойных конструкций в рамках этого направления обуславливаются отличием допущений, применяемых для описания поперечного сдвига заполнителя (задание законов изменения касательных напряжений по толщине заполнителя или законов о распределении нормальных и тангенциальных перемещений среднего слоя по его высоте, учетом или неучетом моментности внешних слоев, обжатия заполнителя, поперечных сдвигов во внешних слоях, тангенциальных напряжений в заполнителе и т.д.). Приемлемость всех этих гипотез и допущений проверялась путем анализа соответствующих им уравнений и сопоставления решений конкретных задач, полученных с их использованием и на основании более сложных математических моделей во многих работах.
Актуальным в этой связи представляется применение алгоритма, в рамках которого возможно построение расчетных моделей тонкостенных конструкций с минимальными затратами времени.
Кинематические гипотезы, используемые при построении расчетных моделей силовых элементов тонкостенных конструкций.
Для конструкций малой относительной толщины координатные линии могут быть нанесены не на самой конструкции, а на некоторой поверхности, геометрия которой отождествляется с геометрией конструкции. Геометрические координаты точек этих линий необходимо задать в параметрической форме. Для тонкого стержня достаточно одной координатной линии, с которой связывают две ортогональные системы координат: неподвижную с ортами ej и подвижный триэдр единичных векторов ej , связанный с сечением стержня, рис. 1.1. Координаты точек самого стержня в этом случае определяются функциями одного параметра, в качестве которого выбирается, как правило, длина осевой линии. Эту осевую линию называют упругой линией стержня.
Вычисление метрики поверхности
Наиболее распространенным способом расчета сложных конструкций является расчленение их на части. Условия связи частей (подконструкций) задается или через перемещения или через усилия. В первом случае перемещения на границе найдутся из решения уравнения равновесия для границ, во втором случае силы взаимодействия находятся из решения уравнений совместности перемещений для частей на их общих границах. Решение геометрически нелинейных задач этим методом сопряжено с определенными трудностями. Поэтому вариационное уравнение движения (равновесия) исходя из принципа возможных перемещений для составного тела, предложенного В.Н.Паймушиным [100], с добавлением виртуальной работы инерционных сил запишем в следующем виде: где 3 Ak и jpSR 2 dVk - сумма виртуальных работ внешних и инерци k к у " онных сил для частей составной конструкции; X - обобщенные реакции (усилия и моменты, рис.2.1) взаимодействия пары звеньев; п - число точек сопряжения; U(i), U(2) - перемещения смежных точек сопрягаемых частей; /_,о wk . сумма виртуальных работ внутренних сил всех частей составной конструкции. Матрицы жесткости отдельных частей формируются независимо. Введение контактных усилий X позволяет состыковать части, отличающиеся по своей расчетной схеме. Однако, если на основе вариационного уравнения (2.1) построить матричное уравнение, то оно не будет решаться методом исключения без нарушения структуры матрицы, поскольку из матриц жесткости отдельных частей не исключены степени свободы, определяющие перемещение этой части как жесткого тела. Для статического расчета проведем преобразования вариационного уравнения. Представим условия сопряжения так: и подставить его в вариационное уравнение (2.1). Преобразованное уравнение (2.1) можно записать в следующем виде:
Матричное уравнение равновесия, построенное на основе уравнения (2.4) решается методом исключения Гаусса без нарушения общей структуры матрицы жесткости составной конструкции и не содержит неизвестных реакций X, сохраняя при этом преимущества уравнения (2.1).
Формирование расчетной модели конструкции в проектировочных расчетах не является сегодня сложной задачей, так как существует большое количество программных комплексов на основе метода конечных элементов. Однако при решении некоторых задач статики или динамики составных конструкций иногда проще построить новую расчетную модель, чем использовать существующий набор конечных элементов для формирования упругой модели. Процедура построения новых расчетных моделей должна быть менее трудоемкой.
При проектировочных расчетах тонкостенных конструкций выделяют отдельные ее части, отличающиеся непрерывным изменением геометрических, массовых, жесткостных и других характеристик. В расчетной модели тонкостенной конструкции эти части называют суперэлементами. Геометрию суперэлемента можно определить геометрией лицевых поверхностей и расстоянием h (толщиной) между соответствующими точками координатной сетки на верхней (в.п) и нижней (н.п) лицевых поверхностях: или любого другого закона. В (2.2) и вП; нп, сР - компоненты линейных перемещений точек расчетной сетки верхней, нижней, срединной поверхности; е - орты неподвижной системы координат. Для трехслойной моментной обшивки можно использовать линейный закон для каждого слоя - гипотезу ломаной линии. Функции перемещений в пределах четырехугольника, образованного пересечением линий координатной сетки на лицевой поверхности, определяются узловыми значениями перемещений, как в методе конечных элементов: конструкции; К - обобщенные жесткости упругих связей двух сопрягаемых частей; п -число точек сопряжения; U(i), up) - перемещения смежных точек сопрягаемых частей; 8 Wk - сумма виртуальных работ упругого деформирования всех частей составной конструкции. Блочная матрица жесткости конструкции состоит из диагональных матриц жесткости суперэлементов и ненулевых внедиагональных блоков, определяющих связь суперэлементов.
Вариационное уравнение при нестационарном деформировании конструкции дополняется суммой виртуальных работ инерционных сил для суперэлементов:
В уравнение кинематической связи подвижных частей конструкции можно непосредственно вводить условия относительного движения в виде некоторой функции по времени u (t): K(u(i) - u(2) + u (t)) . Формирование матрицы жесткости отдельного суперэлемента состоит из несколько этапов, на каждом из которых при изменении кинематических соотношений, определяющих функции перемещений в пределах суперэлемента, меняется (добавляется) единственный модуль. Подробно такой алгоритм формирования матрицы жесткости описан в статье [33].
При вычислении напряжений по полученным значениям перемещений в узлах сетки производные этих перемещений можно определять численным дифференцированием на основе сплайн-аппроксимации функции перемещений на координатных поверхностях суперэлемента. Это позволяет построить гладкую (не ступенчатую) функцию напряжений в пределах суперэлемента.
Описанный подход к формированию упругой модели тонкостенной конструкции удобен при решении геометрически нелинейных задач: переменные матрицы жесткости суперэлементов формируются независимо, а условия стыковки не зависят от изменения геометрии их поверхностей. Это позволяет применять не только различные кинематические гипотезы для отдельных суперэлементов, но и различные вычислительные приемы при анализе нестационарного деформирования гибких тонкостенных конструкций.
Расчет устойчивости элементов составной тонкостенной конструкции. 40 Классический подход
Задача расчета статически неопределимой системы, геометрическая схема которой задана, заключается в подборе по заданной нагрузке рациональных жесткостных параметров всех элементов так, чтобы система обладала достаточной надежностью и достаточной жесткостью при минимальной затрате материала или при минимальной стоимости. Полнота представления в расчетном методе физического процесса протекающего в конструкции определяет возможность оптимизации ее жесткостных параметров. Динамика развития расчетных методов задач статики и динамики сложна и разнообразна. Сложная эволюция расчетных методов привела к возможности постановки задач оптимизации.
Первоначально расчеты строились на графических методах. Большинство графических построений строительной механики связано с теорией веревочного многоугольника. Эта теория в отчетливой форме впервые была предложена голландским инженером Стевином (1548-1620). Дальнейшее развитие она получила в двух сочинениях французского автора Вариньона (1654-1722). Первые приложения теории веревочного многоугольника к инженерному делу (к расчету висячих мостов) были указаны французскими инженерами Ламе (1795-1870) и Клапейроном (1799-1864), затем в труде швейцарского профессора Кульмана (1821-1881). Развитие судостроения и железных дорог привело и к развитию методов расчетов задач строительной механики с учетом влияния наиболее сложной системы сил. Например, появилось понятие распределенной нагрузки (работы Д.И.Журавского (1821-1891), затем работы Кульмана).
Первые строители крупных мостов в 30-х годах XIX в. не владели еще научным методом расчета. Например, американский инженер Лонг, автор системы моста, носившей его имя, считал, что в ферме с параллельными поясами, нагруженной равномерной нагрузкой, все раскосы испытывают одинаковые усилия. Это заблуждение продержалось до 1850г., когда русский инженер Д.И.Журавский дал правильное решение. Усилия он считал направленными вдоль стержней. Что касается статической неопределимости фермы, то она была обойдена им при помощи некоторых допущений. Большое значение в создании современной теории расчета статически определимых ферм имели две статьи инженера Шведлера (1823-1894), книга профессора Кульмана. Расчет фермы, основанный на принципе возможных перемещений, был дан инженером Августиновичем. Способ сечений в практически удобной форме был предложен Риттером (1826-1908) и усовершенствован проф. Ф.С.Ясинским (1856-1899). Теория взаимных фигур была дана английским физиком Максвеллом (1831-1879) и развита в приложении к теореме ферм итальянским геометром Кремоной (1830-1903). Способ замены стержней был предложен профессором Геннебергом. В СССР теория статически определимых ферм подвергалась дальнейшему развитию. Ей посвящены работы профессоров Б.Н.Горбунова, С.А.Бернштейна, Н.К.Снитко, И.М.Рабиновича, и др.
Развитие методов расчета статически определимых и статически неопределимых систем определяется во многом развитием теоретических основ механики твердого тела. Французский ученый Пуассон (1781-1840) предложил распространить принцип возможных перемещений на работу, производимую внешними и внутренними силами при деформировании стержневой системы. Этим было положено основание для вывода ряда общих теорем об упругих системах и общих методов решения статически неопределимых задач. Теорема Клапейрона была изложена впервые в курсе теории упругости Ламэ. К числу первых работ, содержавших определение усилий в упругой системе на основе рассмотрения работы внутренних сил, принадлежат статьи профессоров Н.А.Евневича и Х.С.Головина. Принцип взаимности работ был выведен в чисто математической форме французским математиком Коши (1789-1857), а в применении к упругому телу - в виде теоремы взаимности перемещений - Максвеллом. В наиболее общем виде теорема взаимности работ для упругих систем была доказана Бетти. Немного позже она была независимо от Бетти найдена и развита Рейлеем (1842-1919). Разъяснению важности и практического значения теоремы о взаимности работ для расчета статически неопределимых систем много содействовала статья профессора В.Л.Кирпичева. В СССР дальнейшим развитием общих теорем, касающихся упругих и не вполне упругих систем, занимались П.П. Бехтерев, профессор В.Э.Новодворский, Я.Л.Нудельман, А.А.Уманский, Н.И.Безухов, И.М.Рабинович и многие другие.
Метод решения статически неопределимых задач, при котором за неизвестные принимаются усилия в лишних связях в невполне отчетливом виде уже отражен в сочинении по статике Эйтельвейна в 1808 г, и в знаменитом курсе французского академика Навье (1785-1836). Канонические уравнения метода сил впервые в литературе были даны в 1864г. Максвеллом. Он рассматривал в ней статически неопределимую ферму. Распространению метода на другие статически неопределимые системы содействовали своими исследованиями в конце XIX столетия Мор и Мюллер-Бреслау. В России популяризации этого метода в первые два десятилетия XIX века содействовал своими работами профессор В.Л.Кирпичев (1845-1913). Особое внимание канонические уравнения метода сил стали привлекать к себе тогда, когда возникла необходимость рассчитывать сложные, т.е. содержащие много лишних неизвестных, и притом весьма разнообразные по своим формам и геометрической структуре статически неопределимые системы. Известные с середины XIX века трехчленные канонические уравнения, решавшие задачу о неразрезной балке, были достаточными для расчета других систем. Задача расчета статически неопределимых систем любого вида была серьезно поставлена перед строителями только в XX столетии.
Методы расчета могут быть разделены на две большие группы: расчет систем, в которых связь между нагрузкой и перемещениями выражается линейными уравнениями (линейных или линейно деформируемых систем), и расчет систем, в которых эта связь выражается более сложными нелинейными уравнениями. Любая линейная система при достаточном повышении нагрузки переходит в нелинейную (например, в упруго-пластическую или пластическую).
Хотя первые работы в области проектирования оптимальных конструкций были сделаны в конце прошлого столетия, интенсификация работ по созданию методов оптимизации связана прежде всего с развитием методов конструирования летательных аппаратов и сложных агрегатов, динамические характеристики которых требуют особого внимания (лопатки турбомашин, диски центробежных компрессоров, детали двигателей внутреннего сгорания, мероприятия по снижению уровня шума кабин автомобилей и т.д.). Наряду с развитием методов расчета развивались и методы анализа состояния конструкции на основе электрических, электромеханических, оптических принципов действия, которые на сегодняшний день определяют целое направление в изучении физических процессов в конструкции под воздействием сложной системы сил.
Определение рационального распределения толщины силовой поверхности панели
Система предназначена для использования в технологическом процессе сборки и монтажа элементов (панелей) изотермических фургонов, на шасси КамАЗ 53212, 53215, 5320 (серия ИТК) на полуприцепах (серия СМ и ПФИ), а также для подъема фургонов на шасси КамАЗ и ЗИЛ 5301 "Бычок" в сборе.
Описание и обоснование выбранной конструкции. Обоснование и выбор схемы строповки.
Анализ номенклатуры изотермических фургонов и их элементов, представленных в ТЗ показал, что наиболее критичными (сложными по весовым и габаритным параметрам) будут случаи подъема элементов фургонов для полуприцепов (серии СМ, ПФИ 1 и ПФИ 2), а также строповка фургонов на шасси КамАЗ в сборе (серии ИТК 4, ИТК 4АМ, ИТК 4Б и др.).
При разработке схемы и устройства системы учитывались следующие требования:
1. Схема и конструкция системы должна быть универсальной настолько, чтобы за счет несложной трансформации (перестановки звеньев, увеличения или уменьшения их количества) обеспечивался подъем любого элемента фургона (или фургона в сборе) из указанных в ТЗ.
2. Основное внимание при разработке схемы должно быть уделено обеспечению равномерности распределения веса поднимаемого груза между стропо-вочными элементами.
3. Схема должна позволять осуществление операций по подъему и монтажу элементов фургонов без их существенной доработки (доделки) под условия подъема (кроме выполнения такелажных отверстий 0 12 мм в боковых панелях).
4. Конструкция элементов системы должна быть максимально простой, надежной, исключающей возможность ошибочных действий персонала в процессе строповки и подъема.
В результате анализа известных систем и устройств грузозахватных приспособлений и проработки различных вариантов оригинальных схем, предложена новая, широкоуниверсальная система, наиболее полно удовлетворяющая изложенным выше требованиям. Описание системы строповки. Предлагаемая система устройств включает две отдельные подсистемы: систему строповую, предназначенную для подъема панелей различных фургонов, и устройство строповое для подъема фургонов в сборе.
Система строповая для подъема панелей представляет собой набор из трех ярусов траверс. Наиболее полной конфигурации система изображена на рис. 1 при подъеме боковых панелей фургонов полуприцепов. Здесь панель поднимают с помощью захватов 1 поз.4, шарнирно подвешенных по концам траверс 3, которые, в свою очередь, шарнирно подвешены к концам траверс 2, а последние аналогично закреплены к концам траверсы 1.
Траверсы 1, 2, 3 образуют самоуравновешивающуюся рычажную систему, в которой каждый из восьми захватов 1 воспринимает 1/8 часть веса поднимаемой панели.
При подъеме панелей потолка и пола фургонов для полуприцепов система дополняется шестнадцатью цепными стропами из круглозвенной цепи шарнирно закрепленными (попарно) по концам траверс 3 (вместо захватов 1). На концах строп навешены захваты 2 поз. 10, с помощью которых осуществляется захват пола или потолочной панели.
Таким образом, подъем пола и потолка осуществляется за шестнадцать точек, между которыми вес груза (автоматически) распределяется равномерно.
Все шарнирные соединения траверс между собой, с захватами, со стропами и с крюком выполнены с помощью стандартных такелажных скоб соответствующего калибра.
Траверсы 1 и 2 выполнены в виде плоских ферм из стальных квадратных труб ГОСТ 8639-68 60x60x5 и 40x40x4, соответственно. Траверса 3 выполнена в виде балки из трубы 60x60x5. Материал труб - сталь 20 ГОСТ 1050-88. Нормирование нагрузок на траверсы, траверса 1.
Расчетным случаем для траверсы 1 будет случай подъема фургонов полуприцепов. Вес поднимаемой панели Gi=15000 Н, max. База определяется размером секции Ь, который из технологических соображений может изменяться в пределах Ь= 1176... 1225мм. Из чертежа видно, что С учетом указанных нагрузок и рекомендаций по величине запасов прочности выполнены расчеты конструкций траверс.
Следует отметить, что все примененные соединительные элементы (скобы, цепи, звенья) имеют допустимую грузоподъемность выше действующих нагрузок, поскольку их калибры определены из конструктивных соображений (условия собираемости) и из соображений сокращения номенклатуры (числа типоразмеров) попутных изделий. По этой причине расчетов прочности соединительных элементов не приводится.
В процессе производства была изготовлена пробная траверса №1 из трубы 60x60x3 для проведения эксперимента. Были произведены расчеты конструкции на прочность и устойчивость отдельных элементов траверсы, как тонкостенной конструкции. Расчеты показали, что при нагрузке 13400 даН (20% от расчетной нагрузки) траверса потеряет устойчивость плоской формы. Проведенный эксперимент на пробной экспериментальной конструкции подтвердил расчеты. Траверса потеряла устойчивость плоской формы, рис.3 при нагрузке, составляющей 22% от расчетной. xS
На рис.3.12 приведена форма прогиба траверсы. На рис.3.13 цветом показана картина распределения интенсивности напряжений экспериментальной траверсы. На рис.3.15 цветом показано изменение интенсивности напряжений в траверсе после оптимизации с учетом потери устойчивости ее силовых элементов. Критическое значение потери устойчивости р=1,21. Максимальное напряжение (растягивающее в верхних горизонтальных поясах траверсы составило 290 МПа.
Таким образом, спроектированная конструкция траверсы может считаться рациональной, поскольку конструкторскими мероприятиями при ограничениях на исходные материалы (сортамент труб квадратного сечения) коэффициент несущей способности конструкции по устойчивости и прочности материала практически сравнялся.
