Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние проблемы прогнозирования остаточного ресурса и предварительные исследования 9
1.1. Общая структура оценки остаточного ресурса крановых конструкций и задачи настоящего исследования 9
1.2. Исследование сопротивления усталости металлических конструкций мостовых кранов общего назначения в зависимости от их основных параметров 15
1.3. Основные результаты и выводы 24
Глава 2. Система нормирования пределов выносливости сварных узлов 25
2. 1. Обзор и анализ методов определения и нормирования усталостных характеристик сварных узлов 25
2.2. Предлагаемая методика нормирования усталостных характеристик 34
2. 3. Основные результаты и выводы 51
Глава 3. Исследование концентрации напряжений в сварных соединениях 52
3. 1. Обзор существующих методик исследования концентрации напряжений 52
3. 2. Исследование концентрации напряжений в нахлесточных соединениях 55
3.2. 1. Исследование концентрации напряжений методом конечных элементов 55
3. 2. 2. Аналитическая методика определения теоретического коэффициента концентрации напряжений 64
3.3. Анализ методики В. Н. Юшкевича для расчета коэффициентов концентрации напряжений в сварных соединениях с поперечными ребрами 72
3. 4. Анализ методики В. Н. Юшкевича для расчета коэффициентов концентрации напряжений в сварных соединениях с накладками, присоединенными лобовыми швами 84
3.5. Основные результаты и выводы 89
Глава 4. Реализация предлагаемой системы нормирования пределов выносливости для отдельных типов сварных соединений 90
4.1. Усталостные характеристики сварных узлов с поперечными ребрами и накладками 90
4. 2. Анализ и экспериментальная проверка предложенной системы нормирования усталостных характеристик 102
4. 3. Инженерная методика оценки остаточного ресурса металлических конструкций мостовых кранов 110
4. 4. Пример расчета остаточного ресурса мостового крана 114
4. 5. Основные результаты и выводы 129
Заключение и основные выводы 130
Список литературы 134
- Исследование сопротивления усталости металлических конструкций мостовых кранов общего назначения в зависимости от их основных параметров
- Предлагаемая методика нормирования усталостных характеристик
- Исследование концентрации напряжений в нахлесточных соединениях
- Анализ и экспериментальная проверка предложенной системы нормирования усталостных характеристик
Введение к работе
Актуальность работы. Роль грузоподъемных машин в современной тромышленности, на транспорте и в строительстве исключительно высока, в эсобенности это относится к мостовым кранам общего назначения, как наибо-іее распространенному типу грузоподъемных кранов. По мере возрастания интенсивности использования грузоподъемных машин для обеспечения механи-5ации транспортно-технологических потоков на производстве, возрастают и фебования к надежности этих машин в течении всего срока службы. В услови-?х сложившейся в России в настоящее время экономической ситуации пред-іриятиям трудно изыскивать средства на обновление парка грузоподъемных машин. По этой причине большую актуальность приобретает возможность продления срока эксплуатации крана сверх нормативного.
Большинство подъемно-транспортных машин (ПТМ), кранов, конвейеров, подъемников и пр., относится к разряду потенциально опасных промышленных объектов. Несущая металлическая конструкция является базовым элементом, ее отказ может привести к катастрофическим последствиям, а выход из лроя во многих случаях означает достижение предельного состояния машины з целом. В связи с этим методам расчета конструкций, нормированию качества зх изготовления и диагностике уделяется большое внимание, как в нормативных материалах, так и в научных работах таких специалистов, как VI. М. Гохберг, А. В. Вершинский, В. А. Винокуров, В. А. Ряхин, її. А. Копельман, В. И. Труфяков и др., значимость и фундаментальность работ «зторых несомненны.
В настоящее время работоспособность конструкции обеспечивается на этапе проектирования путем назначения соответствующих конструктивных па-заметров на основании расчетов по условиям прочности, жесткости, устойчивости и сопротивления усталости. Однако на стадии оценки остаточного ресурса необходимо учитывать фактическое техническое состояние конструкции, условия эксплуатации, качество изготовления и т. д., что не предусмотрено су-
ществующими методиками. При этом вероятность обеспечения остаточного ре сурса должна быть не менее 0,99, отсюда все аргументы вводимые в расче должны иметь вероятность обеспечения 0,9 ... 0,95.
Основным фактором ограничения ресурса конструкций является устало стное повреждение, с которым связано, как показывает опыт, до 90 % отказо грузоподъемных машин. Это объясняется существенной зависимостью устало стных характеристик сварных узлов от качества их изготовления, а также не достатками существующих методов нормирования усталостных характерисга и инженерных расчетов на сопротивление усталости, которые приводят к зна чительному разбросу параметров нагруженности и сопротивления усталости Все это связано с тем, что используемые в настоящее время методы расчета н; сопротивление усталости несмотря на современные достижения научных ис следований базируются в основном на опыте 20 - 30-ти летней давности. Суще ствующая сейчас в краностроении система нормирования усталостных характе ристик сварных соединений, и в частности пределов выносливости, основана н; использовании результатов пульсаторных испытаний образцов, моделирующи: типовых сварные соединения, встречающиеся в элементах крановых металли ческих конструкций. Однако размеры образцов и условия их нагружения огра ничены возможностями испытательного оборудования, сварка обычно произ водится в лаборатории высококвалифицированными сварщиками, а в связи ( высокой стоимостью таких испытаний их количество не велико и не позволяем сделать надежные статистические обобщения. При таком подходе не учитывается в полном объеме влияние фактических размеров и конструктивно технологических параметров рассчитываемого элемента. Таким образОхМ, данное обстоятельство не только не позволяет использовать существующие системы нормирования на стадии оценки остаточного ресурса конструкции, как индивидуальной характеристики, но и не дает достаточно надежной оценки долговечности конструкций на стадии проектирования.
Целью диссертационной работы является развитие методического беспечения прогнозирования остаточного ресурса металлических конструкций остовых кранов. При этом полученные результаты имеют более широкую об-асть применения, так как обеспечивают повышение оперативности и надежно-ги расчетов долговечности конструкций и на стадии проектирования кранов.
Защищаемые научные результаты, полученные лично автором и обла-ающие научной новизной:
-
Методика и результаты определения границ областей ограниченной и неограниченной долговечности главных балок мостовых кранов общего назначения в пространстве параметров длина пролетного строения и грузоподъемность.
-
Результаты исследования концентрации напряжений методом конечных элементов в сварных соединениях с лобовыми швами и выводы о влиянии на нее различных геометрических параметров данных соединений.
-
Усовершенствование аналитической методики расчета теоретического коэффициента концентрации напряжений в сварных соединениях, обеспечивающее повышение точности расчета.
-
Общая структура системы нормирования пределов выносливости сварных соединений, учитывающая их конструктивно-технологические особенности, систематизация сварных узлов, характерных для крановых металлических конструкций, охватывающая 63 варианта конфигурации, и обоснование базовых характеристик и конструктивно-технологических коэффициентов для соединений с угловыми швами.
-
Рекомендации по минимизации объема исходных данных, используемых в методике В. Н. Юшкевича для определения коэффициентов концентрации соединений с угловыми швами.
Достоверность научных положений и выводов диссертационной работы базируется на использовании современных методов численного анализа [апряженно-деформированного состояния сварных соединений, проверенных
программных продуктов, а также результатах сопоставления с данными исш таний образцов и моделей сварных соединений.
Практическая ценность работы. Полученные области ограниченной неограниченной долговечности главных балок мостовых кранов общего назн чения позволяют по основным параметрам крана оперативно делать заключ ния о необходимости выполнения расчета на сопротивление усталости как щ проектировании, так и при оценке остаточного ресурса. Разработанная методі ка нормирования пределов выносливости сварных узлов позволяет существеї но повысить достоверность определения усталостных характеристик сварны узлов при минимальных затратах и объемах исходной информации.
Публикации. Основные результаты работы опубликованы в пяти статья автора.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четыре глав, заключения, списка литературы из 119 наименований, 40 рисунка, 15 таб лиц. Общий объем основного текста с иллюстрациями составляе 145 стр.
Исследование сопротивления усталости металлических конструкций мостовых кранов общего назначения в зависимости от их основных параметров
Проблема прогнозирования долговечности крановых металлических конструкций имеет большое значение, как при создании новых машин, так и для оценки возможности дальнейшего использования кранов, отслуживших установленный срок эксплуатации. В первом случае прогноз долговечности подтверждает правильность принятых конструктивных решений, а во втором - дает ответ на вопрос о том, возможно ли продление эксплуатации, на какой срок и при каких условиях. Основным фактором ограничения ресурса конструкций является усталостное повреждение, прогнозирование которого требует достаточно трудоемких расчетов и значительного объема дополнительных данных. Однако, как показал анализ, для конструкций однотипных кранов могут быть установлены области параметров, для которых заведомо выполняется условие сопротивления усталости. Результаты исследования таких областей позволяют обосновать необходимость расчета на сопротивление усталости для крана с определенными параметрами, что весьма существенно как для конструкторов, так и для специалистов, занимающихся обследованием кранов.
В настоящем разделе данный вопрос решается для мостовых кранов общего назначения грузоподъемностью от 5 до 50 тонн и длиной пролета от 10 до 40 метров с листовой двухбалочной конструкцией. Целью является определение таких сочетаний основных параметров крана, грузоподъемности Q и длины пролета L, при которых металлическая конструкция крана, отнесенного к соответствующей группе режима работы, имеет достаточную долговечность. При этом проводилась оценка границ областей, в которых выполняется условие ограниченной долговечности, достаточной для соответствующего режима работы, и неограниченной долговечности. Расчет на сопро тивление усталости проводился для центрального сечения пролетного строения, повреждение которого может привести к наиболее тяжелым последствиям. При моделировании процесса нагружения в запас надежности принимались наиболее жесткие условия эксплуатации, а именно: - работа с номинальным грузом, что соответствует классу нагружения Q4; - максимальное значения динамического коэффициента; - достаточно полное использование свойств металла по условию прочности. Согласно данным [84, 100] скорость подъема для мостовых кранов общего назначения не превышает V = 0,2 м/с. Исходя из этого максимальный динамический коэффициент при отрыве груза от основания для рассматриваемого типа кранов имеет величину \\ім = 1,17, принятую по рекомендациям [83]. Указанное значение динамического коэффициента вполне соответствует данным эксперимента, проведенного на Балтийском заводе, согласно которому этот коэффициент составил порядка 1,09. С учетом последнего условия, максимальные напряжения в балке при номинальном грузе и установленном динамическом коэффициенте принимались на уровне атах = 0,8 [а] и W = [сг]. Для расчета минимальных напряжений цикла, которые зависят только от постоянных весовых нагрузок, необходимо определить вес полумоста крана как функцию от его основных параметров.
В качестве основы для построения этой функции использовались зависимости весов главных балок мостовых кранов режимной группы 5К с металлической конструкцией из низколегированной стали от грузоподъемности и длины пролета. Эту зависимость можно представить в виде: Go (L, Q) = fi(Q) f2(L). (1.2.1) На основе анализа справочных данных [28, 84, 100] были построены графики зависимости весов главных балок от длины пролета для кранов различных грузоподъемностей. В результате обработки этих графиков в среде MATHCAD 6.0 PLUS методом обобщенной регрессии были найдены пара метры функций fi(Q) и f2(L) (пример графика с точками, построенными по справочным данным и расчетной кривой показан на рис. 1.2.1). На основании этой зависимости построена формула для расчета весов полумостов мостовых кранов общего назначения различных групп режима работы, изготовленных из различных типов стали, с основными параметрами, лежащими в указанном ранее диапазоне. Так как зависимость Go(L,Q) была получена для главных балок из низколегированной стали и группы режима работы крана 5К, то для учета влияния дополнительных факторов были введены соответствующие коэффициенты. Таким образом, выражение (1.2.1) принимает следующий вид: G(L,Q) = ki k2 k3 G0(L,Q) - Ц k2 k3 L1)7(9,9 x lO Q1,5 + 0,22 ), (1.2.2) где ki - коэффициент влияния веса нерасчетных элементов (площадки обслуживания, галереи, фундаменты механизмов, механизмы и т.п.); к2 - коэффициент влияния материала; к3 - коэффициент влияния режима работы крана.. На основе обобщения данных из различных источников [28, 51, 84, 100] рекомендуется принимать ki = 1,3; 1,4, k2= 1,1; 1- для малоуглеродистых и низколегированных сталей соответственно, к3 = 0,85; 1; 1,15; 1,25 - для режимов работы крана IK - 4К, 5К, 6К - 7К, 8К соответственно. В данную формулу грузоподъемность Q следует подставлять в т., длину пролета L - в м., G получается в кН. По аналогичному алгоритму с использованием справочных данных выведена аналитическая зависимость веса тележки от грузоподъемности крана Отел (Q) = 1,8x10"3 Q2 5+1,89. (1.2.3) При оценке процесса нагружения главной балки предполагалось, что кран постоянно работает по наиболее неблагоприятному характерному технологическому циклу ( ХТЦ), включающему в себя: - отрыв груза от основания при расположении тележки в центре пролета; - перемещение крана с грузом; - перемещение тележки к концевой балке; - перемещение крана; - спуск груза на землю; - возврат тележки и крана в исходное положение. Наиболее значительные динамические нагрузки в средней части пролетной балки возникают только при отрыве груза от основания, поэтому динамика в других случаях не учитывалась. Поскольку нагруженность центральной части пролетного строения в основном обуславливается изгибом в вертикальной плоскости, в качестве расчетной схемы использовалась балка на двух опорах с сосредоточенными нагрузками от веса тележки с грузом и распределенной нагрузкой от собственного веса главной балки. Расстояние, на котором находилась тележка в момент опускания груза на землю равно 1,5 м. от концевой балки. Для расчета на неограниченную долговечность представляет интерес только глобальный цикл процесса нагружения, то есть цикл, образуемый наибольшим максимумом и наименьшим минимумом напряжений.
Предлагаемая методика нормирования усталостных характеристик
В настоящем разделе изложены основные положения системы нормирования пределов выносливости сварных узлов, предназначенной для использования в расчетах крановых конструкций по методу предельных состояний. Как уже отмечалось, для того, чтобы система нормирования пределов выносливости сварных узлов была применима как на стадии проектирования, так и при оценке остаточного ресурса, она должна обеспечивать учет конструктивно-технологических характеристик сварных узлов, а также технологию и качество изготовления конструкции. Кроме того она должна допускать экспериментальную проверку, для чего необходимо достаточно конкретное описание сварного узла, для которого устанавливается предел выносливости. При этом, система должна быть способна отражать все многообразие конструктивных форм сварных узлов и допускать расширение области применения при возникновении новых конструкций, материалов и технологий. Поскольку данная система ориентирована на применение в рамках метода предельных состояний, она должна давать расчетные характеристики с достаточно высокой (Р = 0,95 .. 0,97) вероятностью обеспечения.
Для реализации перечисленных условий в данной работе предлагается система нормирования пределов выносливости, включающая: таблицу схем сварных узлов (соединений), систематизированных по группам, каждая из которых состоит из базового узла и ряда производных соединений, отличающихся от базового вариацией размеров и конструктивных форм; значения пределов выносливости базовых сварных узлов при симметричном цикле нагружения на базе N = 2-10 6 циклов, соответствующие вероятности обеспечения не менее Р = 0,95; - систему поправочных конструктивно-технологических коэффициентов для вычисления пределов выносливости производных узлов (соединений), которые учитывают отличия размеров, материала, технологии и качества изготовления производных соединений от базового.
Такая система нормирования имеет ряд достоинств по сравнению с существующими, в которых значение предела выносливости для каждого узла должно быть найдено экспериментальным путем. Сложность и высокая стоимость усталостных испытаний сварных конструкций приводит к тому, что в существующих отечественных системах набор конструктивных форм расчетных узлов весьма ограничен, а использование зарубежных данных затруднено различием материалов и технологий изготовления конструкций.
Предлагаемая система нормирования пределов выносливости включает ограниченное число базовых пределов выносливости, которые могут быть достаточно надежно определены и проверены экспериментально. При этом они выполняют роль реперных точек, исключающих грубые ошибки при определении пределов выносливости производных узлов. С другой стороны формирование поправочных коэффициентов, каждый из которых отражает влияние одного фактора или группы связанных факторов, может строится на использовании универсальных зависимостей, которые применимы для разных узлов и проверка которых, соответственно, менее трудоемка.
В качестве базового принимается сварное соединение определенного типа, характеризуемое минимальным количеством размеров и изготовленное при помощи ручной сварки из малоуглеродистой стали СтЗ с размерами по соответствующему ГОСТу [21], без подрезов и внутренних дефектов, не предусмотренных нормативными документами. Толщины элементов базового соединения выбираются таким образом, чтобы они были близки к средним для крановых конструкций и допускали экспериментальную проверку в лабораторных условиях. Из этих соображений для всех элементов базовых соединений была принята толщина 10 мм. Угловые швы базового узла выполнены выпуклыми (усиление шва « 2 мм) с одинаковыми катетами равными мм, стыковые швы - двусторонние без непроваров. Для поперечных соединений длина швов предполагается достаточной, чтобы в узле при сварке возникали максимальные остаточные напряжения (приблизительно L 200 мм [64]).
Производные сварные соединения отличаются от базовых размерами, качеством или конфигурацией. Таблица схем сварных узлов (табл. 2.2.1) содержит схемы базовых соединений и производных, отличающихся от них размерами и конфигурацией. Данная таблица содержит типичные сварные узлы крановых металлических конструкций. Возможно она не охватывает всего многообразия сварных соединений, используемых при изготовлении металлических конструкций грузоподъемных кранов, однако в ней систематизировано 66 видов и вариантов узлов. Для сравнения следует отметить, что в [83] рассмотрено 23 варианта сварных соединения, в [28] - 18, а в СНиП II-23-81 [71] и СНиП 2.05.03-84 - 23 и 27 соответственно. В настоящей работе основное внимание уделено развитию методов определения пределов выносливости производных узлов, отличаются от базовых размерами и качеством изготовления.
Для формирования методики расчета пределов выносливости производных сварных соединений целесообразно использовать методику В. Н. Юшкевича [83,104], которая, как уже отмечалось, позволяет учесть все основные конструктивно-технологические факторы. Согласно данной методике предел выносливости сварного соединения с высокими остаточными напряжениями определяется по формуле
Исследование концентрации напряжений в нахлесточных соединениях
Одним из основных факторов, оказывающих наиболее значительное влияние на сопротивление усталости сварных конструкций, является концентрация напряжений, возникающая в результате изменения сечения по его длине. Степень повышения напряжений в районе концентратора характеризуется теоретическим коэффициентом концентрации напряжений (ТККН). Существует достаточно большое количество работ, посвященных исследованию концентрации напряжений, в том числе и в сварных соединениях, как экспериментально, так и при помощи расчетных методов [3, 4, 9, 8, 12, 34, 35, 36, 43, 44, 48, 53, 54, 56, 96, 114 и др.].
Первоначально исследование концентрации напряжений производилось методами теории упругости, так были получены точные решения для бесконечных пластин с отверстиями различной формы, контуры которых поддаются математическому описанию дифференцируемыми функциями. На основе точных решений для базовых задач были найдены приближенные решения для различных вырезов [54, 59] и выступов [94]. Например, были получены фундаментальные по своей значимости формулы расчета теоретического коэффициента концентрации напряжений Г. Нейбера для мелкой, глубокой и произвольной выточек [54]. Как уже упоминалось выше, для применения теории упругости необходимо описать контур концентратора при помощи уравнений кривых и зачастую, при описании реальных концентраторов напряжений, приходится использовать достаточно большое число допущений, которые в итоге приводят к снижению точности определения ТККН. Например, Нейберу для описания мелкой выточки пришлось «пожертвовать» острыми краями. При этом полученную формулу по замечаниям самого автора невозможно непосредственно использовать при расчете выточек с острыми краями, каковыми являются реальные концентраторы, поскольку значения коэффициента концентрации будут занижены. Однако это не помешало широкому применению формул Нейбера при расчете ТККН и построению на их основе более точных выражений [59]. Таким образом, методы теории упругости оказались не эффективны для решения задач о концентрации напряжений в элементах сварных конструкций, отличающихся сложной конфигурацией, хотя такие попытки предпринимались [36]. Для этих целей оказались более удобны сначала экспериментальные методы, а в дальнейшем, с развитием вычислительной техники, и значительно более мощные численные методы.
В качестве экспериментальных методов исследования концентрации напряжений использовались хрупкие тензочувствительные покрытия, методы муаровых полос и сеток, оптически чувствительные покрытия, фотоупругость, тензометрия. Однако все они имеют общие недостатки - это высокая стоимость, большие затраты времени и, что самое существенное, весьма низкая точность (например метод хрупких покрытий дает погрешность ± 20 % [60]). Особенно большие погрешности получаются при использование экспериментальных методов для исследования концентрации напряжений в деталях, имеющих переходы с радиусами, малыми по сравнению с размерами сечения. В этом случае поле напряжений характеризуется высокими градиентами, которые плохо улавливаются экспериментальными методами. Еще до недавнего времени достаточно часто использовалась тензометрия [8]. Именно на анализе данных тензометрических исследований концентрации напряжений в стальных моделях базируется используемая в данной работе методика расчета пределов выносливости В. Н. Юшкевича [83]. Для обеспечения приемлемой точности оценки концентрации напряжений в сварном соединении им изготавливалась модель сварного узла в масштабе 10:1. Подробному описанию и анализу вышеуказанных экспериментальных методов посвящена отдельная литература [60] и в данной работе это не проводится.
Более эффективным способом исследования концентрации напряжений на сегодняшний день являются численные методы. Наибольшее распространение из них получил метод конечных элементов (МКЭ). Основным достоинством данного метода является его универсальность. При этом МКЭ требует разбиения исследуемого объекта на весьма большое количество элементов, поскольку точность расчета по данному методу напрямую зависит от размера одного элемента в зоне концентрации напряжений. Для решения систем алгебраических уравнений требуется проведение операций с большими числовыми массивами, что сегодня, при современном уровне компьютеров и программного обеспечения, не является трудноразрешимой задачей. В настоящее время, с появлением мощных графических редакторов (например AutoCAD) и программ для расчета методом конечных элементов (COS-MOS/M, ANSYS, MSC/Nastran), применение метода конечных элементов стало более простым и доступным.
Таким образом, для исследования концентрации напряжений в сварных соединениях крановых конструкций, имеющих сложную геометрию, наиболее целесообразным является применение метода конечных элементов. В данной работе указанное исследование при помощи МКЭ проведено для соединений с угловыми швами с помощью программы COSMOS/M. (см. п. 3.2.1)
Известно, что точность расчета по методу конечных элементов существенно зависит от размеров элементов в зоне концентратора, поэтому была проведена проверка корректности МКЭ при данном разбиении и размерах элементов (рис. 3.2.1.2). В настоящей работе такая проверка проводилась на прямоугольной пластине, работающей на растяжение, с круглым центральным отверстием с радиусом равным радиусу закругления подреза и конечно-элементной сеткой идентичной сетке моделей сварных соединений в зоне подреза. Согласно справочным данным [59] теоретический коэффициент концентрации напряжений при растяжении - сжатии а при данных геометрических размерах пластины (рис. 3.2.1.2.а) равен 2,71. Результат расчета по методу конечных элементов указанной пластины при конечно-элементных сетках, представленных на рис. 3.2.1.2, дал следующие значения: для вариан та разбиения на рис. 3.2.1.2.6 а = 2,51, а для варианта на рис. 3.2.1.2.в - а = 2,69. При этом погрешность расчета составила 7,3 % и 1,4% соответственно. Таким образом, в дальнейшем конечно-элементные модели строились с использованием второго варианта разбиения на элементы, размер которых в зоне концентрации напряжений составлял 0,035x0,025 мм, что примерно в 4 раза меньше, чем в первом варианте разбиения.
Анализ и экспериментальная проверка предложенной системы нормирования усталостных характеристик
Результаты статистического исследования коэффициента X, фигурирующего в выражении (4.1.З.), которое выполнялось по формулам методики [83, 105], показаны на рис.4.1.3 и 4.1.4. Из выражения (2.2.4), в которое подставляется (4.1.3), видно, что коэффициент X является повышающим аргументом, следовательно он должен определяться с вероятностью Р = 0,115. Найденные таким образом по полученным эмпирическим функциям распределения значения коэффициента X для каждого интервала толщин представлены в табл. 4.1.2 и 4.1.3.
Аналогичным образом, задав большое число значений геометрических параметров сварного соединения, рассчитывались значения отношения в . Полученная область значений данного отношения с помощью встроив Фенных функций программы MATHCAD 6.0 PLUS подверглась линейной регрессии с целью получения аналитического уравнения линии, которая наилучшим образом описывает точки из области значений вышеуказанного отношения (рис. 4.1.5). С учетом полученной зависимости выражение (4.1.3) можно представить в следующем виде:
Таким образом, полученные значения базовых пределов выносливости и поправочных конструктивно-технологических коэффициентов рекомендуется использовать в предлагаемой методике нормирования усталостных характеристик рассмотренных типов сварных соединений.
Адекватность предлагаемых усталостных характеристик проверялась путем сопоставления их с существующими нормативными данными, а также с результатами усталостных испытаний сварных образцов и моделей.
При сопоставлении с нормативными значениями пределов выносливости следует учитывать метод расчета, для которого они предназначены. Предлагаемая методика нормирования предназначена для использования в рамках метода расчета по предельным состояниям, поэтому пределы выносливости, которые она устанавливает, соответствуют достаточно высокой вероятности обеспечения (приблизительно 0,95). В российских и зарубежных источниках установлены следующие нормативные усталостные характеристики для сварных соединений с поперечными ребрами. а) По справочнику [83] устанавливается предел выносливости для сварных соединений из малоуглеродистых сталей при симметричном цикле на-гружения на базе N = 2-Ю6 циклов равным ст. і к = 53... 66,5 МПа, соответственно при пониженном и нормальном качестве. В документе не указывается вероятность, которой соответствует данное значение. При расчете по методу допускаемых напряжений эти напряжения делятся на коэффициент запаса п = 1,4, в результате получается допускаемое напряжение [о-\к] = 38...47,5 МПа. Для расчета по методу предельных состояний расчетное сопротивление находится как где ко = 0,9 - коэффициент однородности по усталостным испытаниям и km = 1,05 - коэффициент надежности по материалу (значение дано для малоуглеродистых сталей). Таким образом расчетное сопротивление для указанного соединения составляет R_iK = 44.. .57 МПа. b) В работе [28] предусмотрен расчет только по предельным состояниям. Расчетное сопротивление для сварных соединений указанного вида установлено равным R.m = 60 МПа. c) В немецких нормах расчета крановых конструкций [110] установлены значения допускаемых напряжений для рассматриваемого случая равные [а.ік] = 45 МПа. d) В документе [117], в котором используются материалы международного института сварки (IIW), дается методика расчета сварных элементов машин на сопротивление усталости, согласно которой предел выносливости соединения с поперечными ребрами с вероятностью обеспечения 0,975 равен 35,5.. 40 МПа.
Перечисленные значения могут быть сопоставлены с рекомендуемым значением предела выносливости для соединений с поперечными ребрами, равным G.iK - 35 МПа (табл.4.2.1.). В той же таблице приведены подобные данные по сварным соединениям с накладками. В ряде документов такой узел не рассматривается, в этих случаях в таблице представлены значения пределов выносливости узлов, близких по конфигурации.
