Введение к работе
Актуальность работы.. Балки, стенки которых испытывают сосредоточенное воздействие ходовых колес, имеют широкое распространение. К ним относятся подкрановые Оалки цехов машинострительных и металлургических предприятий, главные Оалки мостовых, козловых кранов и мостовых перегружателей при соответствующем исполнении, криволинейные Оалки оголовков порталов и поворотных тележек. Как правило, они имеют свзрное двутавровое или короОчатое сечение с расположением рельса над стенкой. При условиях эксплуатации, характерных для групп режима раСоты 6...8К, в этих балках, как показывают обязательные периодические обследования, наблюдаются многочисленные усталостные трещины. Характерной особенностью балок с рельсом над стенкой является то, что усталостные трецщш в них появляются прежде всего в сварных соединениях стенки с верхним поясом, испытывающих циклическое сжатие от внешних нагрузок, и растут вдоль сварных швов. Инициируются трещины в околошовных зонах или неігооварах поясных швов, а также у коротких ребер жесткости.
Проблема повышения долговечности таких балок обеспечивается совершенствованием уровня расчетного аппарата на стадии проектирования, с одной стороны, и качеством изготовления, монтажа и эксплуатации, с другой стороны.
Принятые в настоящее время методики расчета балок с рельсом над стенкой на сопротивление усталости не отражают в более или менее значительной (для соотьетствуюкек методики) степени влияния основных факторов и стадий повреждения. Необходимость совершенствования расчетного обеспечения долговечности рассматриваемых конструкций обусловлена еще и тем, что их усталостные испытания требуит уникального оборудования и значительных затрат.
Целью работа является разработка математической модели, алгоритма и программы,, расчета характеристик сопротивления _ усталости сварных балок с рельсом над стенкой с учетом фактического напряженно-деформированного состояния околотовнсй зоны и оценки долговечности на стадии зарождения и развития трещины. Н&учную новизну работы составляют:
- математическая модель формирования и развития усталостной трещины в поле ' сжимающих деформаций и напряжений от внешней
Автор выражает благодарность доценту К.П.Манжуле за оказанные научные консультации
нагрузки и растягивающих сварочных остаточных напряжений!
- расчетные зависимости для определения размера зоны повреж-
давдих напряжений и деформаций в зависимости о* уровня и
направления действия сжимающих, изгибных и остаточных напряжений в
подрельсовом узле і
- расчетные зависимости для определения коэффициентов
подобия напряженно-деформированного состояния гладких образцов-ими
таторов металлу околошовной зоны (ОШЗ) сварного соединения стенки с
верхним ПОЯСОМ і '
результаты исследований методом конечных элементов (МКЭ) напряженно-деформированного состояния двутавровых и коробчатых балок с рельсом над стенкой и расчетные зависимости для определения коэффициентов концентрации и градиентов упругих напряжений в под-рельсовых узлах при сжатии и изгибе;
расчетные зависимости оценки коэффициентов интенсивности напряжений для трещин в крестовом и тавровом соединениях от действия сварочных остаточных напряжений!
метод и программа рассчета кривых усталости сварных элементов балок с рельсом над стенкой на момент зарождения макротрещиш и достижения ею критических размеров.
Достоверность научных положений и выводов обеспечивается применением апробированных методов сопротивления усталости, механики разрушения, конечных элементов, сравнением численных решений частных задач с известными результатами аналитических и экспериментальных исследований, проверкой соответствия предложенных математических моделей и метода расчета экспериментальным данным.
Практическая ценность работы состоит в том, что разработанные математические модели и метод расчета характеристик сопротивления усталости балок с рельсом над стенкой реализованы в виде программного продукта и обеспечивают возможность инженеру поьысить их долговечность подбором оптимальных параметров конструктивно-тохно-логического исполнения, сократить объемы экпериментальных исследований. Приведены практические рекомендации о границах использования известных теоретических решений, о значениях боковых сил и эксцентриситетов.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на республиканской научно-технический конференции "Строительные машины них использование в современных условиях"{Санкт-Петербург, 23-24 мая 1995 г.), международной конференции "Научно-технические проб-
лемы прогнозирования надежности и долговечности металлических конструкций и методы их решения" ( Санкт-ПетерОург. 28-30 ноября 1995 г.).
Публикации. Основные результаты исследований отражены в 3 печатных работах.
Структура и объем работы. диссертация состоит из введения, пяти глав,, заключения, списка литературы (185 наименований), приложения и содержит 231 страницу, включая 27 таблиц и 63 рисунка.