Разработка расчетных методов определения напряженно-деформированного состояния крановых металлоконструкций с учетом технологии (1026078), страница 3
Текст из файла (страница 3)
— сг ) ~альт -~г,, ьг. и о. =(а., ьо-,ьо..)/3. Существует несколько методов решения пластической задачи с использованием принципов упругих решений. Практическое применение находят методы дополнительных нагрузок, дополнительных деформаций н переменных параметров упругости, Поскольку не удается сформулировать соотношения связи между полными напряжениями и деформациями при пластическом деформнровании, но можно получить зависимость между приращениями напряжений и деформаций, итерационные методы применяются для каждого приращения нагрузки. В результате последовательного решения упругопластической задачи для расчетных этапов времени с использованием разработанного алгоритма н, применяя в качестве начальных значений напряжений и деформаций величины, вычисленные на предыдущем этапе времени, получаем расчетные значения остаточных сварочных напряжений и деформаций.
Полученные остаточные сварочные напряжения и деформации сварных узлов крановых МК находят дальнейшее применение, например: при расчетах несущей способности по усталости ~методики В.Н. Юшкевича, К.П. Манжулы и др.); — при расчетах трещиностойкости (учитываются при вычислении энергии, израсходованной на необратимую пластическую деформацию поверхности трещины ~.У-интеграл)); при расчетах устойчивости элементов гНДС сварных узлов оказывает влияние на условия закрепления элементов решетки и на расчетные схемы приложения внешних нагрузок). С использованием предложенной методики было произведено моделирование процесса изготовления ряда узлов листовых крановых металлоконструкций: нахлесточных и стыковых (с закрепленными и свободными концами) соединений пластин с последующим исследованием их напряженно-деформиро- ванного состояния.
Для соединения стыковым швом незакрепленных пластин в результате численного анализа получены и исследованы зависимости изменения поперечной усадки в процессе сварки и изменения поперечной усадки на различных базах измерения. Проведен натурный эксперимент по изучению напряженно-деформированного состояния в стыковых соединениях листовых конструкций. Использовавшийся при этом метод измерения остаточных сварочных напряжений и деформаций с помощью механических тензометров основан на определении остаточных упругих деформаций путем освобождения измерительной базы от окружающей связи и пересчете полученных данных на напряжения с учетом упругих постоянных материала.
з,мм 0,600 0,575 0,550 0,500 0,475 0,450 0,425 0,400 а 20 40 ВО ВО ~00 Рис. 1. Поперечная усадка на базе 250 мм относительно продольной оси шва при стыковой сварке двух пластин: Л вЂ” натурный эксперимент (0.510 мм); о — аналитический расчет (0.497 мм); * — числен- ный анализ (0.492 мм) Сопоставления результатов расчетов с результатами теоретических исследований, проведенных другими авторами, а также с результатами натурного эксперимента подтвердили работоспособность пакета программ по определению напряженно-деформированного состояния сварных узлов крановых металлоконструкций, созданного 'на базе предложенных вычислительных алгоритмов, и достоверность получаемых с его помощью решений. Так на рис.
1 представлены зависимость изменения поперечной усадки в процессе сварки для экспериментальной задачи стыковой сварки двух пластин размерами 125 х 160 х 2.0 мм, изготовленных из стали СтЗпс. Третья глава посвящена расчетному определению напряженно-деформированного состояния сварных узлов крановых ферм. Месторасположение в ферменной металлоконструкции соседних узлов и топология их соединения друг с другом оказывают существенное влияние на формирование их напряженно-деформированного состояния, как в процессе сборки ! сварки, так и при восприятии эксплуатационных нагрузок. Суть этого влияния заключается в том, что каждый отдельный узел в реальной конструкции нежестко связан с другими, и при его расчетах необходимо учитывать податливость соседних узлов, которая, как уже упоминалось выше, зависит от взаимного пространственного расположения узлов, а также геометрических характеристик соединяющих их стержней.
Наиболее корректным решением задачи определение НДС узла ферменной МК является решение, полученное на полностью аппроксимирующей сварную ферму модели (рис. 2 а), построенной на основе трехмерных твердотельных конечных элементов. Однако такая модель будет характеризоваться очень большим количеством конечно-элементных узлов и элементов 1ферменные крановые металлоконструкции могут состоять из сотен стержней). Кроме того, в процессе изготовления возможно многократное изменение расчетной модели по причине наложения новых сварных швов и присоединения новых элементов конструкции.
Все вышеперечисленное приводит к существенному увеличению трудоемкости и временных затрат, необходимых для решения поставленной задачи. С тем, чтобы исследовать влияние на напряженно-деформированное состояние пространственных сварных узлов крановых ферм различных конструктивно-технологических факторов гтемпературного режима сварки, условий закрепления узлов в процессе изготовления, взаиморасположения и типа сварных швов, геометрических характеристик сечений стержней, образующих сварной узел, упругих и теплофизических свойств материала конструкции и др.) целесообразно разработать расчетный метод определения напряженно-деформированного состояния сварных узлов ферменных металлоконструкций, который реально отражая физические процессы, происходящие в этих узлах, позволял бы избегать существенного усложнения расчетных моделей и давал бы результаты, близкие к результатам, полученным на моделях, полностью аппроксимирующих конструкцию.
Такой метод позволит сократить трудоемкость проведения анализа в несколько раз, не понизив его точности и достоверности результатов. В настоящей работе предлагается следующий подход к решению данной задачи, Конструкция моделируется следующим образом: сам исследуемый сварной узел и некоторая зона вблизи него аппроксимируются твердотельными трехмерными конечными элементами (тетраэдральными), а зона, удаленная от сварных швов — стержневыми элементами. Конечно-элементная модель сварного узла рассматривается отдельно от формирующих этот узел стержней.
Условия закрепления каждого ее торца определяются исходя из жесткости стержней, являющихся продолжением этих торцов. Иначе говоря, при решении 10 стержни, формирующие узел, и их жесткостные параметры учитываются упру- гимн закреплениями торцов конечно-элементной модели сварного узла (рис. 2 б). К жесткости узлов (1, ) и другие), входящих в торцевое сечение, добавляется величина, пропорциональная жесткости узла А стержневого элемента АВ. Под жесткостью узла здесь понимается соответствующий блок матрицы жесткости (глобальной матрицы жесткости для узла (1,1 и т.
д.) торцевого сечения и матрицы жесткости стержня для узла А). Пропорциональность определяется собственной жесткостью вьщеленного узла (1, ) и т. д.). Сумма всех добавляемых величин должна равняться соответствующей жесткости узла А. Иными словами, для каждого элемента Ы р (гл=1, 2, 3; р=1, 2, 3), соответствующей подматрицы (3 х 3) глобальной матрицы жесткости конструкции ~'-го конечно- элементного узла, входягцего в граничное сечение стержня, величина добавки л'„ж (аз=1, 2, 3; р=1, 2, 3) от соответствующего элемента lс"„г (т=1, 2, 3; р=1, 2, 3) подматрицы (3 х 3) матрицы жесткости стержня составляет: РР—, причем ~~а' А~ Рис.
2. Схема соединения моделей узла и конструкции Такое пропорциональное распределение жесткости узла А представляется необходимым с целью обеспечения соблюдения гипотезы плоских торцевых сечений исследуемого узла. Проведение ряда расчетов с использованием предложенного в работе подхода и сопоставление их результатов с результатами, полученными на трехмерных конечно-элементных моделях, полностью аппроксимирующих сварные фермы (например, рнс. 2 а)„подтвердило выполнение гипотезы плоских сечений в местах сочленения конечно-элементных моделей сварного узла и остальной конструкции, и выявило хорошее качественное и количественное соответствие картин распределения напряжений и деформаций в исследуемых сварных узлах, что подтвердило возможность использования предложенной мето- 1 1 лики для определения НДС узлов ферменных МК. С использованием предложенного метода быяо проведено большое количество численных экспериментов по исследованию влияния на НДС сварных узлов крановых ферм различных конструктивно-технологических факторов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
