Автореферат (1094950), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

Полученные величины циклических деформаций свидетельствуют о том, что материал ворот шлюза в эксплуатационных условиях в максимально напряженных местах работает за пределами пропорциональности. Выявленный в результате натурного тензометрирования уровень циклической напряженности подтверждает возможность малоциклового разрушения элементов ворот шлюза.

Таблица 3

Пятая глава диссертации посвящена результатам модельных исследований НДС и малоцикловой прочности несущих элементов шлюзовых ворот. В работе выполнен ряд исследований модельных элементов с различным конструктивным исполнением сварных соединений.

Рис. 8. Модель шпации панели элемента ворот коробчатого сечения

В качестве модельных элементов использовались шпации (рис. 8), геометрически подобные натурным, с масштабом моделирования 1:2 и плоских образцов (рис. 9). Для изучения характеристик деформирования и разрушения исследуемых моделей были проведены испытания достаточно большого количества объектов. В качестве испытательных машин были использованы установки типа УМ-4 и УРС-50.

Рис. 9. Модельный элемент для проведения испытаний

на прочность и ресурс

Д ля фиксации модели на машине было сконструировано специальное приспособление, крепящееся к станине испытательного оборудования (рис. 10). Принудительный захват водонапорной обшивки в центре модели позволял задавать пластине нужное отнулевое перемещение различной величины. Модель к раме крепилась несколькими болтами, что создавало ей жесткое защемление. Чтобы избежать перемещений полок модели под нагрузкой, на них наваривали ребра жесткости с обеих сторон, достигая условий деформирования, характерной для натурной конструкции. Центрирование и крепление моделей и плоских образцов обеспечивалось специальной направляющей рамой.

Рис.10. Схема испытаний на прочность и ресурс.

В процессе нагружения регистрировались перемещения и деформации обшивки модели. Деформацию измеряли тензорезисторами с малой базой (1,0 мм). Для записи сигналов с тензорезисторов использовали автоматический измеритель деформаций с цифропечатающим устройством. Перемещения фиксировали прибором часового типа, установленным непосредственно вблизи перемещающегося штока, что давало возможность измерять максимальное перемещение обшивки модели. Цепочки тензорезисторов с прямоугольными розетками устанавливали вблизи сварных швов и на противоположной стороне водонапорной обшивки в зонах максимальных перемещений. Для моделей это соответствовало середине длинной стороны.

Для определения главных деформаций ε₁ и ε₂ тензорезисторы устанавливали максимально близко к основанию валика сварного шва. Испытанию подвергались следующие типы моделей и плоских образцов с различными видами сварных соединений:

тип 1 – модель с приваренной обшивкой толщиной 5 мм, внахлест с балкой № 12; перемещение 1,5 мм, 3 мм, 5 мм и 6 мм;

тип 2 – модель с приваренной обшивкой толщиной 5 мм, встык с балкой № 12; перемещений 1,5 мм, 3 мм, 5 мм и 6 мм;

тип 3 – модель с приваренной обшивкой толщиной 5 мм, встык с балкой № 12 со снятым механическим способом усилением сварного шва с напорной стороны; перемещения 1,5 мм, 3 мм, 5 мм и 6 мм;

тип 4 – модель с приваренной обшивкой толщиной 5 мм, встык с балкой № 12 со снятым усилением сварного шва (валика) механическим способом с обеих сторон; перемещение 1,5 мм, 3 мм, 5 мм и 6 мм.

В таблице 4 в качестве примера приведены данные экспериментальных исследований малоцикловой прочности образцов шпаций, моделирующих технологию сварки встык.

Таблица 4

Во время испытаний был отмечен общий характер развития трещин под действием повторно - статической нагрузки. Все они начинали развиваться от подреза, сделанного сварным швом в основном металле. Место разрушения моделей находилось в средней части длинной стороны. Количество циклов нагружения, при которых появлялись поверхностные трещины и число циклов до образования сквозных разрушений приведены в 5-ти таблицах диссертации. Эти данные получены при испытании образцов шпаций, моделирующих технологию сварки внахлест, технологию сварки внахлест (первый ремонт без разделки трещины), технологию сварки внахлест (второй ремонт с разделкой трещин), технологию сварки встык и технологию сварки встык (первый ремонт без разделки трещины). На рис. 11 показаны данные об экспериментальных полях деформаций для рассматриваемой модели по параметру приложенного перемещения и кривые малоцикловой усталости данного образца.

Рис. 11

Проведенное тензометрирование позволило отметить ряд характерных особенностей распределения деформаций в зонах усталостного разрушения исследованных объектов:

1. Максимальные деформации ε₁ в моделях обнаружены в направлении меньшей оси прямоугольной пластины водонапорной обшивки. Имеется значительный градиент в этом направлении деформаций по мере удаления от основания сварного шва. Характерным также является местное увеличение рассматриваемых деформаций в центральной части пластины в зоне приложения нагрузки. Измеряемая прямоугольными розетками тензорезисторов вторая компонента деформации на поверхности в направлении большей оси прямоугольной пластины, оказывается существенно меньше, чем ε₁. Уровень этих деформаций ε₂ в зоне сварного шва составляет порядка 0,1 %, что по сравнению с первой компонентой в 3-4 раза меньше. По мере приближения к центру пластины в зоне местного увеличения деформаций в центре пластины начинается рост компоненты деформаций в направлении большей из осей. В результате этого достигаются значения ε₂, соизмеримые с компонентой деформации ε₁ в направлении меньшей оси. Значения ε₃ в зоне сварного шва были на порядок меньше деформаций ε₁ вдоль меньшей из осей, а в центре достигали значений порядка удвоенной максимальной деформации. Знак ε₃ противоположен знаку ε₁. Таким образом, по результатам измерений в моделях первая главная деформация оказывается в направлении меньшей оси пластины, вторая – в направлении большей оси, а третья – по направлению толщины пластины.

2. Для плоских образцов (рис. 9) характер распределения деформаций в зоне сварного шва соответствует НДС модели в той же зоне, причем компонента поперечной деформации (в направлении ширины пластины) практически равняется нулю, в связи с чем, деформация ε₃ приблизительно равняется ε₁, но с противоположным знаком. Указанное относится к измерениям в середине по ширине образца. По мере приближения к краям образца ε₁ остается постоянной, а ε₂ около края несколько возрастет, достигая значений порядка 0,15 %.

Следует подчеркнуть, что при распространении усталостных трещин на моделях характерным было их развитие в длину до 250-300 мм, после чего разрушение начинало развиваться по основному металлу, отходя от зоны сварного соединения. Период развития трещин до окончательного разрушения составлял 5-10 тысяч циклов. В отличие от моделей у плоских образцов после образования поверхностных макротрещин разрушение интенсивно распространялось по длине и толщине сечения, причем период от момента образования трещины до окончательного разрушения составлял порядка 500 циклов.

Шестая глава диссертации посвящена вопросам построения, адаптации и верификации численных методов для исследования напряженно-деформированного состояния, прочности и ресурса элементов шлюзовых ворот. Необходимость разработки и широкого применения таких методов определяется большими временными, энергетическими и финансовыми затратами на проведение не только натурных, но и модельных экспериментальных исследований. Кроме того, в упомянутых экспериментах не всегда удавалось наклеить датчики именно в местах наибольшей концентрации напряжений и деформаций, что снижало точность результатов исследования. Для выполнения целей и задач, поставленных в работе, был применен метод конечных элементов в двумерной и трехмерной постановке с учетом циклической работы материала в зоне концентрации за пределами упругости.

Первоначально рассматривалась задача о НДС створки шлюзовых ворот в реальных условиях эксплуатации. Указанная створка моделировалась соответствующей пластиной с жесткой заделкой по контуру. Численное исследование НДС створки шлюзовых ворот показало, что наиболее опасными зонами этой конструкции с точки зрения образования малоцикловых трещин являются зоны, расположенные около вереяльных и створных столбов. В этих зонах значения полученных деформаций отличались от соответствующих значений в менее нагруженных зонах ворот в 5 и более раз. Полученные в процессе решения указанной задачи значения усилий и перемещений были использованы в качестве одной из групп исходных данных в задачах об определении величин коэффициентов концентрации напряжений и деформаций в зонах возможных технологических, эксплуатационных, ремонтных и других видов дефектов. В качестве таких задач рассмотрены задачи о НДС шпаций, полученных с применением различных видов сварных соединений.

Характеристики

Список файлов диссертации