Разработка расчетных методов определения напряженно-деформированного состояния крановых металлоконструкций с учетом технологии (1026078), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Для детального исследования процесса формирования полей остаточных сварочных напряжений н деформаций в пространственных узлах крановых ферменных металлоконструкций при изготовлении, а также изучения механизма восприятия имн после этого эксплуатационных нагрузок, быки произведены моделирование и последующий анализ этих процессов на типовых узлах (рис. 3) МК стрелы крана СПКШ-2, выпускаемого Карачаровским механическим заводом (г. Москва). Моделирование производилось в несколько этапов в соответствии с технологическим процессом изготовления стрелы, Рис. 3 Конечно-элементная модель одного из типовых сварных узлов крана СПКШ-2 Была показана необходимость использования прн определении НДС ферменных металлических конструкций трехмерных моделей сварных узлов, подробно воспроизводящих их топологию.
Сопоставление результатов двух расчетов (с подробным учетом геометрии узла и без него) выявило, что расчет без учета геометрии сварного узла дает несколько заниженное значение уровня напряжений, формирующихся в МК от действия эксплуатационных нагрузок, по сравнению с аналогичным расчетом по предлагаемой методике. Это происходит вследствие того, что реальная схема соединения элементов в сварном узле отличается н от идеальных шарниров, и от абсолютно жестких соединений. И чем выше уровень нагрузок, тем сильнее сказывается влияние геометрии узлов металлоконструкции и тем больше различие резупьтатов.
Проведенный анализ выявил, что в результате сборки ! сварки в узлах крановых ферм образуются остаточные напряжения и деформации. Было установлено, что максимаяъные напряжения от реальной эксплуатационной нагрузки могут быть по уровню в 2 - 3 раза меньше остаточных напряжений. Тем самым была еще раз подтверждена необходимость учета при расчетах узлов технологических напряжений и деформаций. Исследования показали, что наиболее опасные зоны„в которых интенсивность остаточных напряжений достигает предела текучести материала, формируются вблизи сварных швов, а также в тех местах, где сварные швы располагаются недалеко друг от друга. После наложения и снятия эксплуатационных нагрузок в условиях упругопластической зависимости между напряжениями и деформациями в крановом узле происходит перераспределение напряжений, характеризующееся уменьшением зон, с интенсивностью напряжений порядка предела текучести материала, наряду с сохранением общего уровня напряжений.
Чем выше уровень эксплуатационных нагрузок, тем сильнее ее влияние на перераспределение напряжений. После снятия эксплуатационных нагрузок в узле возникают вторичные деформации, причем более высокий уровень нагрузок формирует в узле более высокий уровень вторичных деформаций. При нагружении исследуемых узлов ннешними нагрузками необходимо учитывать остаточные деформации, возникшие в результате сборки и сварки. Численные исследования показали, чго под действием остаточных напряжений происходит искривление стержней, которые формируют сварные узлы.
В последующих расчетах стержней, рабатаюших на сжатие, становится необходимым переход от расчетных схем с центральным приложением нагрузки к внецентренному сжатию, а, следовательно, становятся актуальными вопросы, связанные с устойчивостью, а не только с прочностью стержней. Это уменьшает максимально допустимые нагрузки, которые могут воспринимать сжатые стержни. Несушая способность всей металлической конструкции крана понижается. Расчетные эксперименты установили, что металлоконструкция исследуемого крана (СПКШ-2) спроектирована с некоторым избыточным запасом прочности, и имеется возможность повышения уровня воспринимаемых ею нагрузок. В четвертой главе диссертационной работы изложен вариант численного анализа металлоконструкций крановых ферм, позволяющий: провести моделирование технологического процесса сборки узлов металлической конструкции различной топологии; определить в МК ПТМ проблемные с точки зрения величины и характера распределения результируюШих напряжений и деформаций элементы конструкции; сделать заключение относительно рациональности применения используемого технологического процесса при изготовлении данной металлоконструкции и, по необходимости, выдать рекомендации по проведению конструктивно-технологических мероприятий, направленных на создание в конструкции более благоприятного НДС.
Был предложен алгоритм и на его основе создан программный продукт, позволяющие на основании численного расчета НДС кранового узла визуализировать получаемые результаты в виде графика распределения одного из ком- 13 понент НДС вдоль произвольной прямой поверхности исследуемого узла сложной геометрии. С использованием предлагаемой в настояшей работе методики был произведен численный анализ НДС типового сварного узла металлоконструкции мостового перегружателя МП 32 — 76,2, составленного из листовых элементов.
Расчетом подтверждены эксплуатационные данные о нерацнональностн примененного конструкторского решения строения исследуемого узла. Выданы рекомендации, подтвержденные дополнительными расчетами, по применению конструктивно-технологических мероприятий, направленных на создание в узле более благоприятного НДС. Предложены возможные варианты ремонта. В приложениях к диссертации приведены резуль~аты численных и натурного экспериментов, а также ряд вспомогательных материалов, поясняющих некоторые положения диссертационной работы.
Основные результаты и выводы по работе 1. Анализ существующих расчетных методов определения напряженно- деформированного состояния крановых металлоконструкций показал, что, несмотря на нх большое разнообразие, они не всегда корректно отображают механизм формирования НДС элементов несущей металлической конструкции вследствие недостаточного учета влияния полей остаточных сварочных напряжений и деформаций, геометрии сварных узлов и т.
п. Обоснована необходимость использования для численного определения компонент НДС крановых МК расчетной методики на основе трехмерного моделирования узлов крановых металлоконструкций, как более универсального подхода к узлам и конструкциям различного исполнения ~балочным, фермениым и др.). 2. Разработан метод численного определения полей остаточных сварочных напряжений и деформаций в пространственных крановых сварных узлах на основе метода конечных элементов, опирающегося на теорию неизотермического пластического течения с учетом; действительной диаграммы материала «иапряжения-деформацин»; зависимости упругих и теплофизическнх характеристик материалов, из которых изготавливаются МК, от температуры; топологии самой металлической конструкции н геометрии ее узлов, а также ряда других факторов, позволивший более обоснованно определять НДС.
которое формируется в металлических конструкциях подъемно-транспортных машин в результате сварки. Метод является универсальным и может быть с успехом применен к узлам, как листовых, так и ферменных металлических конструкций, 3. Разработан алгоритм, позволяющий на основе использования тетраэдральиого элемента осуществлять автоматизированное создание конечно-элементных моделей самых различных пространственных узлов крановых металлоконструкций сложной геометрии, а затем импортировать для дальнейшего расчета данные о топологии модели в созданные программные продукты по определению полей остаточных напряжений и деформаций. Решена задача ав- 14 томатизации создания расчетных моделей.
Универсальность данного алгоритма позволяет существенно расширить круг задач по определению НДС узлов металлоконструкций, а также в 3-4 раза уменьшить время, необходимое на создание конечно-элементных моделей. 4. Разработана математическая модель типового ферменного сварного узла, позволяющая определять его НДС с учетом взаимного влияния соседних узлов, одной из основных особенностей которой является использование расчетных схем, наиболее приближенных к реальным. 5.
Развита методика численного анализа напряженно-деформированного пространственных крановых металлоконструкций с учетом технологии изготовления, включающая учет технологических этапов изготовления (например, прихваток, изменения топологии узлов в процессе сварки) на НДС, как самого узла, так и конструкции в целом. б. Проведены расчетные эксперименты по определению и анализу объемного НДС сварных пространственных узлов ферменных и листовых крановых МК при их изготовлении и последующем нагружении для различных сталей, достоверность результатов которых для ряда узлов подтверждена натурными экспериментами. Исследованы картины перераспределения остаточных сварочных напряжений после приложения и снятия эксплуатационной нагрузки. Исследовано влияние различных конструкторско-технологических параметров на напряженно-деформированное состояние узла, формирующееся в процессе его изготовления.
Проведенные численные эксперименты позволили применительно к ферменным металлоконструкциям: определить влияние (и установить границы этого влияния) линейной жесткости стержней, формирующих сварной узел, на его НДС; оценить влияние марок сталей, нз которых изготавливаются сварные узлы на их НДС; установить, что происходящие под действием технологических напряжений геометрические искажения стержней крановых ферм могут привести к понижению их несущей способности; исследовать механизм возникновения вторичных деформаций, возникающих в сложных сварных узлах после приложения и снятия эксплуатационных нагрузок.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
