Диссертация (1173130), страница 21

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

Текст из файла (страница 21)

Данные матрицы получают, преобразовывая значения, содержащиеся в отдельных ячейках различных матриц согласнообщим формулам [22]:M xi M yi ,WxiWyi(5.22)Qyi  S x1 Qxi  S y1.J xi  biJ yi  bi(5.23) i  i На основе полученных данных вычисляются эквивалентные напряжения.Согласно [35] эквивалентные напряжения при расчёте металлоконструкций грузоподъёмных машин следует определять исходя из теории удельной энергии изменения формы по формуле: esi   x2i  3 xy2 i .(5.24)С использованием данной зависимости вычисляются матрицы эквивалентных напряжений для проектируемой металлоконструкции.   123 0  0 77 41 0 41 33 0 0 0 132 94 19 38 102 59 117  45 00  es i171145 86 0 18 59 162  0  119 0 26 81 Для определения соответствия проектируемой металлоконструкции условиям надёжности и работоспособности значения полученной матрицы эквивалентных напряжений должны быть сравнены со значениями матрицы расчётных сопротивлений материала тележки.

Значения матрицы расчётных сопротивленийопределяются по зависимостям, указанным в п. 4.7 и [35]. Выбор материалов для146изготовления металлоконструкции грузовой тележки осуществляется согласно[30, 76, 97]. При условии, что все элементы тележки изготовлены из стали 09Г2С,а коэффициент надёжности по материалу и коэффициент условий работы соответственно принимаются γm = 1,1; γс = 1.   314314  0  0  314 314 0 314  314 0 0 0  314 314 314  314 314 314  314 00 Ri314314 314 0 314 314   314  0 314 0 314 314 Видим, что действующие напряжения не превышают допускаемых значений, указанных в матрицах расчётных сопротивлений.

Следовательно, металлоконструкция удовлетворяет условиям II предельного состояния.5.7.2 Подтверждение жёсткости металлоконструкции грузовой тележкиСогласно с [31] для расчётов по III группе критериев работоспособности(оценка упругих деформаций металлоконструкции) комбинации нагрузок не используются. Перемещения точек элементов металлоконструкции тележки определяются от действия основной переменной нагрузки от веса номинального груза иустановленного оборудования [31]. В этом случае матрица действующих силпримет вид:00 14592(145)14592(145) 014592(285)  14592(285)000   3597(45)   1799(45)  21255(135) 42510(135) 00Fi0 1754(250) 1754(250) 51012(796)0 51012(580) 0 1754(119) 1754(119) 147Сиспользованиемданнойматрицыиматрицырасчётныхсхемрассчитываются значения изгибающих моментов Мi.j.k в сечениях несущих элементов.

Далее производится построение эпюр изгибающих моментов M i. j.k , возникающих при приложении единичной силы в точках несущих элементов снаименьшей жёсткостью. При перемножении полученных эпюр определяютсяперемещения заданных точек металлоконструкции, в рамках каждой расчётнойсхемы. В общем случае перемножение эпюр можно производить, используя интеграл Мора. Для плоского радиального элемента, нагруженного вертикальной силой интеграл Мора записывается следующим образом:Q QM i . j .k M i . j .kN N i .

j .k  i . j .k  i . j .k i . j .kli . j .k Ei . j .k J i . j .kli . j .k Ei . j .k Fi . j .kli . j .k Gi . j .k Fi . j .kf i . j .k  ,(5.25)где Мi.j.k, M i. j.k , Ni.j.k, N i. j.k , Qi.j.k, Q i. j.k – матрицы изгибающих моментов, нормальных и поперечных усилий от действующей нагрузки и единичной силы; Ei.j.k,Gi.j.k – матрицы модулей продольной упругости и модулей сдвига.Прогиб металлоконструкции в произвольной точке определяется суммойпрогибов взаимосвязанных между собой элементов. Так полное перемещение точек металлоконструкции в районе радиального элемента равно сумме прогиба самого радиального элемента в рассматриваемой точке, прогиба хордового элементав точке соединения с радиальным и прогиба главного диагонального элемента вточке соединения с хордовым, то есть:f  f i .

j .k  f i . j  f i . .(5.26)Рассчитанные таким образом деформации записываются в виде матрицыдействующих вертикальных перемещений элементов металлоконструкции.   0,8  0  0  0,4 0,5 0 0,5  0,7 0 0 0 0,8 0,2 0,2 0,3  0,4 0,5 0,5  0,8 00 f i1,11 0,6 0 0,7 0,7   1,1  0 1,1 0 11 148Согласно аналитическим расчётам максимальный прогиб тележки составил1,1 мм.

В завершении расчёта происходит оценка влияния деформаций металлоконструкции тележки на работу установленных механизмов. Очевидно, что полученные значения деформации весьма малы и не отразятся на качестве работыприводов.5.7.3 Проверочный расчёт металлоконструкции грузовой тележкиДля всесторонней оценки напряжённо-деформированного состояния металлоконструкции проводится проверочный расчёт с использованием метода конечных элементов.

Для этого была произведена разработка 3D-модели тележки попринятым параметрам. Расчёт производился в программном комплексе SiemensNX. Так как металлоконструкция является тонкостенной для построения её конечно-элементной модели (рисунок 5.24) были использованы плоские четырёх узловые конечные элементы. Размеры конечных элементов задавались в диапазоне3…5b, где b – толщина элемента металлоконструкции [18, 70, 117].Рисунок 5.24 – Общий вид конечно-элементной моделиОграничение степей свободы производились аналогично п. 4.5, так в точке1 перемещения ограничены вдоль всех координатных осей, в точке 2 вдоль осей X149и Z, в точке 3 только вдоль оси Z, в точке 4 вдоль осей Y и Z [18, 27].

При расчётепринято, что материал металлоконструкции обладает линейными изотропнымисвойствами, характерными для углеродистых качественных и низколегированныхконструкционных сталей, в частности модуль Юнга равен 2,1∙1011 Па, коэффициент Пуассона равен 0,3 [27]. Картины распределения напряжений и деформаций вэлементах металлоконструкции показаны на рисунках 5.25-5.26.Рисунок 5.25 – Картина распределения напряжений (МПа) в элементахметаллоконструкции тележкиРисунок 5.26 – Картина распределения деформаций (мм) в металлоконструкциитележки150По результатам расчётов так же составляются матрицы эквивалентныхнапряжений (МПа) и перемещений (мм), где указываются максимальные значенияданных факторов в соответствующих элементах металлоконструкции тележки. 23 4  36 6 122 22 0 2 0  80 13 0 13  38 0 0 0 72 30 6 16  55 39 62  50 0 0  es i162115 78 0 5 40 125 4 0 36 128 0 9 33  0,4 0,5  0,6 1 1,2  0  0  0,6 0,7 0 0,8  0,9 0 0 0 1,3 0,2 0,3 0,4  0,6 0,8 0,8  1 00 f i1,31,4 0,8 0 1,1 1,1  1,4  0   1,4 0 1,3 1,3 Результаты сравнения аналитического и численного расчёта позволяют сделать следующие выводы.1.

Аналитическое решение поставленной задачи даёт большие значения эквивалентных напряжений в хордовых и радиальных элементах, что создаёт дополнительный запас прочности металлоконструкции.2. В некоторых хордовых элементах (Н1.3, H4.2, H4.3) значения эквивалентныхнапряжений, полученные в ходе численного расчёта, превышают соответствующие результаты аналитического расчёта с максимальной разницей 13%.3. Численный расчёт даёт большие значения перемещений конструкции.Разница между максимальными перемещениями составляет 37,5 %.По итогам проведённых расчётов можно сказать, что спроектированная металлоконструкция грузовой тележки соответствует основным требованиям151надёжности и работоспособности по II и III группе предельных состояний. В рамках проектирования показан принцип проведения расчётов с использованием различных матриц расчётных модулей сформированной математической модели.Итоговая масса металлоконструкции с учётом массы настила, полученная в результате формирования 3D-модели составляет 1077 кг, что на 17% меньше средних значении масс металлоконструкций тележек для данной грузоподъёмности[108, 107] и на 50% меньше чем у принятого исходного образца.5.8 Оценка величины возможных остаточных сварочных деформаций вэлементах несущих металлоконструкций грузовых тележек на основеуниверсальной компоновочной схемыКак было указано ранее соединение несущих элементов в металлоконструкциях с УКСКК и УКСМК могут быть выполнены путём наложения сварных швовразличного типа и конфигурации.

При этом качество исполнения сварных швовоказывает серьёзное влияние на надёжность, долговечность, безопасность эксплуатации грузовых тележек и во многом определяет точность итоговых геометрических параметров полученной несущей металлоконструкции. Так наличие дефектов различного рода по длине шва резко уменьшает прочность соединения и способствует развитию трещин, распространяющихся на основной металл [42].Однако, даже при качественном выполнении самого шва в околошовной зонемогут развиваться дефекты, обусловленные действием остаточных сварочныхнапряжений, которые могут приводить к преждевременной потере жесткости иустойчивости различных элементов, а также снижению усталостной прочностиконструкции, что крайне негативно сказывается на работоспособности грузовыхтележек, характеризующихся повторно-кратковременным режимом работы [42].Данные напряжения образуются из-за неоднородности распределения температурыв зоне нагрева и могут превышать пределы текучести используемой стали.

Характеристики

Список файлов диссертации