Введение к работе
Актуальность работы. Грузоподъемные краны представляют собой эжные технические сооружения повышенной опасности, в ряде случаев не тько с экономической, но и с социальной ответственностью. Сейсмостойкое оектирование таких сооружений призвано исключить возможность их полного зрушення и последующего падения с высотных уровней установки в юителышх объектах с тем, чтобы сохранить человеческие жизни и наиболее эогостоящее оборудование. Решение подобных задач требует проведения фокого комплекса теоретических и экспериментальных исследований намических характеристик и напряженно-деформированного состояния (НДС) тструктивных элементов подъемно-транспортных машин (ПТМ). В настоящее їмя дальнейшее развитие сейсмостойкого проектирования ПТМ связывается с іершенствованием и широким внедрением в инженерную практику методов ггемного анализа, компьютерных технологий, а также методов динамического ;чета, наиболее полно отражающих действительную работу крановых іструкций при землетрясениях. Актуальность темы определяется потребностью создании метода расчета НДС ПТМ при прохождении землетрясения, ггывающего реальный характер взаимодействия в связях их ходовых колес К) с подкрановыми рельсовыми путями, которое является существенно шнейным.
Цель работы заключается в разработке математической модели ганейных связей "ХК-рельс" и на ее основе - нелинейной конечно-элементной цели сейсмических колебаний несущих пространственных металлоконструкций к) ПТМ различного конструктивного устройства, в разработке на базе гученных математических и расчетно-динамических моделей (РДМ) оритмов и программного обеспечения для комплексного исследования ісмостойкости ПТМ, и в совокупности - практической методики поверочного смического расчета м/к ПТМ, основанной на методе вычислительного перимента (МВЭ).
Методика исследования. Работа содержит теоретические исследования в іасти создания математических моделей механических систем и практический лиз сейсмостойкости реальных пространственных м/к ПТМ. В теоретических ледованиях использованы методы линейной алгебры, матричное исчисление, оды математической статистики, численные методы решения проблемы ственных значений и методы интегрирования матричных дифференциальных внений сейсмических колебаний, метод конечных элементов (МКЭ). В ледовании реальных конструкций широко применялись компьютерное іелирование и метод вычислительного эксперимента. Для анализа и дставления результатов применены стандартные математические пакеты грамм для ГВМ-совместимых компьютеров.
Научная новизна диссертационной работы заключается:
- в разработке математической модели нелинейных связей в парах "XJ
рельс" передвижных конструкций ПТМ;
- в разработке конечно-элементной расчетной динамической мода
конструкций ПТМ как нелинейных систем и развитии на ее основе МЬ
применительно к анализу сейсмостойкости подобных систем;
- совершенствовании методики исследования влияния перемета
эксплуатационных состояний ПТМ на собственные колебания их м/к, ран
предложенной Н.Н.Панасенко и А.И.Левиным;
разработке и совершенствовании алгоритма линейного динамическо расчета пространственных стержневых м/к ПТМ в нормальных координатах учетом теории тонкостенных стержней;
разработке на базе МКЭ алгоритма нелинейного динамического расчеэ учитывающего наличие включающихся связей в парах "ХК-рельс";
разработке методики поверочного сейсмического расче пространственных м/к ПТМ с учетом нелинейных связей "ХК-рельс".
Практическая ценность работы состоит:
- в совершенствовании алгоритмов линейно-спектрального метода (ЛСЬ
теории сейсмостойкости и линейного динамического анализа крановь
сооружений, направленного на увеличение их быстродействия;
в развитии методов конечно-элементного моделировані пространственных м/к ПТМ, направленных на учет действительных нелшюйнь связей кранов с рельсовыми путями, принципиально влияющих на их НДС;
- в создании программных средств на платформе ЮМ PC до
комплексного анализа сейсмостойкости пространственных м/к ПТМ, включаюпц
линейный и нелинейный динамический расчет, доведенных до состояни
позволяющего применять их в инженерной практике;
- проведении исследований по динамике реальных м/к ПТМ в условю
прохождения землетрясения.
Внедрение результатов работы. Результаты исследований использовалисі
- при разработке проекта руководящего документа (РД) "Основнь
требования безопасности к устройству и эксплуатации грузоподъемных кранов до
обслуживания ядерных установок", разрабатываемого ВиНГТУ (г.Волгодонсь
АГТУ (г.Астрахань), ВНИИПТМАШ (г.Москва), АО "Сибтяжмап
(г.Красноярск) под контролем Госгортехнадзора РФ (В.С.Котельников, Москва);
в развитие статьи 2.3 "Правила устройства и безопасной эксплуатацг грузоподъемных кранов. ПБ 10-14-92.", посвященной требованиям расчета кране на сейсмические воздействия;
при разработке новой редакции "Норм расчета на сейсмостойкое] подъемно-транспортного оборудования атомных станций" (РД 24.035.04-89);
- при сейсмостойком проектировании модернизированной машин
перегрузочной типа МПС-В-1000-З.У4.2 для реактора ВВЭР-1000 і
едприятии ОАО ЭМК-"Атоммаш" и в Волгодонском филиале ВНИИАМ Волгодонск).
Автор выносит на защиту:
конечно-элементную математическую модель сейсмических колебаний редвижных конструкций ПТМ, учитывающую нелинеиньш характер іимодействия в связях ходовых колес с подкрановыми рельсовыми путями;
нелинейную расчетно-динамическую модель сейсмических колебаний редвижных конструкций ПТМ;
алгоритм расчета заданного ограниченного числа форм собственных тебаний пространственных тонкостенных стержневых конструкций;
- алгоритмы линейного и нелинейного динамического расчета
«состенных стержневых конструкций ПТМ методом модальной суперпозиции с
гтом заданного ограниченного числа форм собственных колебаний;
- методику динамического анализа НДС м/к ПТМ при сейсмических
действиях, заданных акселерограммой землетрясения, на основе метода
числительного эксперимента;
- комплекс программ для исследования сейсмостойкости м/к ПТМ.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы огадывались и обсуждались на VI Всероссийской научно - методической іференции "Безопасность жизнедеятельности человека" (г.Новочеркасск, 12-16 гатбря 1994 г.), научно-технической конференции "Новое в подъемно-інспортной технике" (г.Москва,МВТУ,1994 г.), международной научно-нической конференции "Прогрессивная техника и технологии [пиностроения" (г.Севастополь, 12-15 сентября 1995 г.), Российской научно-іктической конференции "Проблемы технической безопасности подъемных іружений" (г.Новочеркасск, 19-22 сентября 1995 г.), международной научно-;нической конференции "Современные проблемы машиностроения и :нический прогресс" (г.Севастополь, 10-13 сентября 1996 г.), научно-іктической конференции "Проблемы надежности и безопасной эксплуатации гьемных сооружений" (г.Сочи, 1-8 октября 1996 г.), IX научной конференции лгодонского института НГТУ (г.Волгодонск, май 1996 г.), Российской научно-нической конференции "Новые материалы и технологіпі" (г.Москва,МАТИ-ГУ, 4-5 февраля 1997 г.), международной научно-технической конференции рогрессивные технологии машиностроения и современность" (г.Севастополь, 9-сентября 1997 г.), X научной конференции Волгодонского института НГТУ Золгодонск, май 1997 г.), научно-практической конференции по безопасности рьемных сооружений" (г.Сочи, 1-8 октября 1997 г.). Отдельные результаты юты представлялись на кафедрах ПТМ НГТУ (г.Новочеркасск), ПТМ и ММ ТУ (г.Астрахань), ПМ ВиНГТУ (г.Волгодонск), АИСИ (г.Астрахань), а также в ВНИИАМ и ЭМК-"Атоммаш" (г.Волгодонск).
Публикации. Научная работа по настоящей диссертации автор выполнялась с 1994 по 1998 год по заданиям ЭМК-"Атоммаш" , ВфВНИОД (г.Волгодонск), Госгортехнадаора РФ, ВНИИПТМАШ (г.Москва), і "Сибтяжмаш" (г.Красноярск) и др. За этот период по теме диссертан опубликована 21 печатная работа.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 гл, заключения, списка литературы из 132 наименований, 290 стран машинописного текста, 56 иллюстраций, 14 таблиц.