Автореферат (1094950), страница 3
Текст из файла (страница 3)
В настоящей работе использовались малобазные фольговые датчики с базой 1 мм, сопротивлением 100 Ом (продольные и поперечные), соединенные последовательно между собой в цепочки. Всего было установлено около 160 тензорезисторов. Схема наклейки тензодатчиков представлена на рис. 1. Места размещений тензорезисторов в процессе натуральных исследований выбирали с учетом появлений трещин в тех или иных элементах конструкций, а также в зонах возможной повышенной концентрации напряжений. Для тензометрирования были выбраны следующие зоны (рис. 1):
1) напорная водонепроницаемая обшивка ворот в зоне приварки к двутавровым балкам стрингеров на уровне второго и третьего ригелей (зоны I и II);
2) поясной уголок нижнего ригеля вереянного столба (зона III);
3) торцевой лист напорной части вереянного столба в зоне первого и второго ригелей (зона IV и V).
Цепочки тензодатчиков, состоящих из непрерывных двухкомпонентных розеток, наклеивались на поверхности элементов в околошовной зоне по двум взаимно перпендикулярным направлениям (рис.4). Большинство установленных на элементах водонапорной обшивки и опорных конструкциях тензорезисторов работало в процессе исследований под водой.
Рис. 4.
Измерение перемещений обшивки ворот производили при помощи приборов индикаторного типа (стрелочного) с визуальным отсчетом. Индикатор неподвижно закреплялся с возможностью регулировки.
Известно, что получение информации о параметрах НДС натурных конструкций шлюзовых ворот в реальных условиях эксплуатации сопряжено со значительными трудностями материального и технического характера. С целью получения более полной информации по НДС рассматриваемых конструктивных элементов в настоящей работе был создан метод модельных экспериментальных исследований статической и малоцикловой прочности. Для проведения указанных исследований были изготовлены фрагменты натурных конструкций (шпации) и в масштабе 1:2. Данные модельные элементы испытывали в лабораторных условиях, моделирующих реальные условия эксплуатации. Условия нагружения моделировали с использованием полей перемещений, полученных в натурном эксперименте. Металл моделей соответствовал металлу шлюзовых ворот. В процессе испытаний проводилось подробное тензометрирование полей циклических упругопластических деформаций. Более подробно разработанная методика и полученные результаты представлены в главе 5 диссертации.
Очевидно, что прочность и ресурс шлюзовых ворот определяется не только представленными выше факторами, но и механическими свойствами конструкционных материалов в условиях эксплуатации. В соответствии с этим была разработана методика, оснастка, оборудование и методы обработки результатов исследования сопротивления конструкционных материалов шлюзовых ворот малоцикловому нагружению. Данная методика разработана в рамках деформационно-кинетических подходов и базируется на результатах фундаментальных исследований ИМАШ РАН, таких как обобщенная диаграмма циклического неупругого деформирования Гусенкова - Шнейдеровича и деформационно-кинетический критерий малоцикловой прочности.
Исследование характеристик сопротивления малоцикловому нагружению конструкционных сталей М16С, ст. 3сп, 09Г2С и др., проводилось с применением специальных средств и аппаратуры. При испытаниях была использована сервогидравлическая испытательная установка типа МТS, обеспечивающая нагружение образца в требуемом режиме (мягкое, жесткое, ассиметрия). Испытания выполнялись в условиях растяжения-сжатия при непрерывной регистрации параметров нагружения и деформирования. Исследования сопротивления конструкционных материалов малоцикловому нагружению проводилось как для основного материала, так и для материала сварных швов. Для случая, когда для эксплуатационных разрушений характерным является появление вертикальных трещин в зоне сварного шва обшивки, вырезка образцов проводилась в зоне сварного соединения в направлении, перпендикулярном шву, где на поверхности возникали условия повторного растяжения-сжатия.
Рис. 5
Изготовление обшивки двустворчатых ворот из металла толщиной 10 мм позволяло осуществлять вырезку образцов для испытаний на растяжение-сжатие непосредственно из листа обшивки. При этом толщина металла оказалась недостаточной для изготовления образца с требуемыми захватными частями, в связи, с чем была использована конструкция с навинчивающимися и привариваемыми по торцам головками (рис. 5).
Исследование характеристик сопротивления деформированию и разрушению металла сварного соединения представляет специальную задачу. В зависимости от технологии сварки, применяемых электродов и т.д., зоны основного металла, металла шва и термического влияния могут обладать различными статистическими и циклическими свойствами. Для получения позонных характеристик необходимо использовать методику, позволяющую проводить измерения и управление режимом нагружения в зоне, относящейся к определенному типу металла шва. Такие условия могут быть созданы при испытании корсетных образцов и измерении в минимальном сечении деформаций с помощью поперечного деформометра. Располагая корсетную часть образца в том или ином месте сварного соединения, можно получить позонные характеристики сопротивления малоцикловому деформированию и разрушению металла различных зон шва.
В четвертой главе диссертации приведены результаты, полученные соискателем при проведении исследований напряжено-деформированного состояния, малоцикловой прочности и трещиностойкости элементов шлюзовых ворот, применяемых в гидротехническом строительстве. Приведены результаты исследования реальной нагруженности основных несущих элементов шлюзовых ворот, полученные на основе разработанных методик. Рассматриваемые конструкции эксплуатируются в весьма сложных условиях воздействия нагружающих факторов, которые можно разделить на три группы: основные, дополнительные и катастрофические.
Основным видом нагружения, который рассматривается в настоящей работе, как было сказано ранее, является гидростатическое давление за счет разницы уровней бьефов. Воздействие этого давления на элементы металлоконструкций затворов носит циклический характер, связанный с выполнением соответствующих технологических операций, схематически представленных на рис. 2,3.
Рис. 6.
Приводятся результаты экспериментального исследования закономерностей сопротивления конструкционных материалов шлюзовых ворот основному виду нагружения – малоцикловому нагружению. С использованием представленного выше оборудования и разработанной методики такие исследования были выполнены для сталей М16С, ст. 3сп, 09Г2С и др. Для этих материалов представлены полученные экспериментальные данные по циклическим диаграммам деформирования (рис. 6) с учетом их кинетики и кривым усталости (было испытано более 100 образцов). По результатам этих исследований построены средние и минимальные для данного полуцикла кривые деформирования по всем испытанным сталям, а также получены кривые усталости (рис. 7). Здесь 1,2,3 – кривые минимальных, средних и максимальных значений долговечности; 4 – кривая долговечности с запасами прочности nN = 3, nε = 1,25.
Рис. 7.
Как показывают данные, представленные на рис. 6,7, испытанные конструкционные материалы можно отнести к циклически стабилизирующимся. Количество циклов до разрушения (появления трещины) располагается в диапазоне от 400 до 6105 при соответствующих значениях амплитуды циклической симметрической деформации от 2% до 0,2%, что соответствовало диапазону малоцикловой усталости.
Таблица 1
| Сталь | σ0,2, МПа | σ0,2, МПа | σ0,2/σв | δ% | Ψ% |
| М16С Ст. 3сп 09Г2С 10ХСНД 16Г2АФ | 460,7 456,0 505,0 586,0 621,0 | 274,2 268,0 345,0 411,0 470,0 | 0,595 0,587 0,683 0,701 0,756 | 29,7 31,9 32,0 30,5 29,2 | 58,5 52,0 69,6 58,6 58,0 |
В Таблице 1 представлены полученные данные по статическим характеристикам испытанных материалов. Эти данные показывают, что названные материалы обладают достаточной статической прочностью и пластичностью.
На основе разработанной методики было проведено экспериментальное исследование полей циклических упругопластических деформаций и перемещений на ряде затворов гидротехнических сооружений канала им. Москвы (шлюз №8 и др.) и Волгоградских гидроузлов (шлюз № 30,31 и др.). В Таблице 2 представлены некоторые режимы эксплуатации шлюзов, на которых были проведены натурные исследования. Всего регистрация проведена на 31 режиме.
Таблица 2
| Режимы работы шлюза | Число режимов | Количество датчиков | |
| Деформаций | Всего измерений | ||
| 1. Снятие показаний при опорожненной камере 2. Снятие показаний в процессе наполнения камеры и опорожнения на отметках: 5 м 10 м 15, 25 м 3. Снятие показаний при "ремонтных режимах" 4. Снятие показаний при сбросе гидравлической подушки 5. Снятие показаний при наполнении камеры с нуля | 1 5 5 5 5 5 5 | 32 32 32 32 29 29 29 | 32 160 160 160 145 145 145 |
Перед проведением тензометрирования была проведена процедура тестирования тензодатчиков и применяемой аппаратуры. Тарировку фольговых тензодатчиков проводили с помощью моста, датчики разбивали на группы по сопротивлениям в 0,1 Ом. Коэффициенты тензочувствительности определяли по 5 датчикам, взятым из партии, при помощи тарировочной балки, изготовленной из того же материала, что и обшивка ворот.
Результаты обработки проведенных тензометрических исследований представлены в диссертации в 12 таблицах, содержащих данные экспериментов по 4-м зонам. В Таблице 3 в качестве примера представлены данные по обработке результатов измерений для I,II, III и V зоны. Как показали измерения, изменения циклических деформаций от цикла к циклу не наблюдается.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
