автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.05, диссертация на тему:Метод расчета сварных элементов балок с рельсом над стенкой на сопротивление усталости

На правах рукописи

3Гб Ой

л — г г- •:

Хуан Г1ии

УДК 621.87.791:620.178.3

МЕТОД РАСЧЕТА СВАРНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ БАЛОК С РЕЛЬСОМ НАД СТКШСОЙ НА СОПРОТИВЛЕНИЕ УСТАЛОСТИ

Специальность 05.05.05 " Подъсмно-транспортныс машнпы"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 1996

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном

техническом университете Научный руководитель - доктор технических наук, профессор Башкарев А.Я.

Официальные оппоненты -

доктор технических наук, профессор Копельман Л.А.

кандидат технических наук, доцент Розовский Н.Я.

Ведущэя организация - АО "Иодъемтрансмаш"

на заседаю _ Санкт-Петер-

бургском государственном техническом университете по адресу: 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29, корнЛ, ауд.41.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СИбГГУ.

Ваши отзывы на автореферат в 2 экз, заверенные печатью, просим направлять в диссертационный совет университета.

Автореферат разослан "-¿.2*" 1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат технических наук, доцент Смирнов В.Н.

г. Санкт-Петербург

Защита

в 16

часов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.. Балки, стенки которых испытывают сосредоточенное воздействие ходовых колес, имеют широкое распространение. К ним относятся подкрановые балки цехов машинострительных и металлургических предприятий, главные балки мостовых, козловых кранов и мостовых перегружателей при соответствующем исполнении, криволинейные балки оголовков порталов и поворотных тележек. Как правило, они имеют свзрное двутавровое или коробчатое сечение с расположением рельса над стенкой. При условиях эксплуатации, характерных для групп режима работы 6...8К, в этих балках, как показывают обязательные периодические обследования, наблюдаются многочисленные усталостные трещины. Характерной особенностью балок с рельсом над стенкой является то, что усталостные трещины в них появляются прежде всего в сварных соединениях стенки с верхним поясом, испытывающих циклическое сжатие от внешних нагрузок, и растут вдоль сварных швов. Инициируются трещины в околошовных зонах или нептоварах поясных швов, а также у коротких ребер жесткости.

Проблема повышения долговечности таких балок обеспечивается совершенствованием уровня расчетного аппарата на стадии проектирования, с одной стороны, и качеством изготовления, монтажа и эксплуатации, с другой стороны.

Принятые в настоящее время методики расчета балок с рельсом над стенкой на сопротивление усталости не отражают в более или менее значительной (для соотьетствуюкей методики) степени влияния основных факторов и стадий повреждения. Необходимость совершенствования расчетного обеспечения долговечности рассматриваемых конструкций обусловлена еще и тем, что их усталостные испытания требуит уникального оборудования и значительных затрат.

Целью работы является разработка математической модели, алгоритма и программы,, расчета характеристик сопротивления _ усталости сварных балок с рельсом над стенкой с учетом фактического напряженно-деформированного состояния околошовнсй зоны и оценки долговечности на стадии зарождения и развития трещины.

Н&учную новизну работы составляют:

- математическая модель формирования и развития усталостной трещины в поле ' сжимающих деформаций и напряжений от внешней

Автор выражает благодарность доценту К.П.Манжуле зе оказанные научные консультации

нагрузки и растягивающих сварочных остаточных напряжений!

- расчетные зависимости для определения размера зоны повреждающих напряжений и деформаций в зависимости о* уровня и направления действия сжимающих, изгибных и остаточных напряжений в подрельсовом узле;

- расчетные зависимости для определения коэффициентов подобия напряженно-деформированного состояния гладких образцов-даи-таторов металлу околошовной зоны (ОШЗ) сварного соединения стенки с верхним поясом;

- результаты исследований методом конечных элементов (МКЭ) напряженно-деформированного состояния двутавровых и коробчатых балок с рельсом над стенкой и расчетные зависимости для определения коэффициентов концентрации и градиентов упругих напряжений в под-рельсовых узлах при сжатии и изгибе;

- расчетные зависимости оценки коэффициентов интенсивности напряжений для трещин в крестовом и тавровом соединениях от действия сварочных остаточных напряжений!

- метод и программа рассчета кривых усталости сварных элементов балок с рельсом над стенкой на момент зарождения макротрещшш и достижения ею критических размеров.

Достоверность научных положений и выводов обеспечивается применением апробированных методов сопротивления усталости, механики разрушения, конечных элементов, сравнением численных решений частных задач с известными результатами аналитических и экспериментальных исследований, проверкой соответствия предложенных математических моделей и метода расчета экспериментальным данным.

практическая ценность работы состоит в том, что разработанные математические модели и метод расчета характеристик сопротивления усталости балок с рельсом над стенкой реализованы в виде программного продукта и обеспечивают возможность инженеру поьысить их долговечность подбором оптимальных параметров конструктивно-тохно-логического исполнения, сократить объемы экпериментальных исследований. Приведены практические рекомендации о границах использования известных теоретических решений, о значениях боковых сил и эксцентриситетов.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на республиканской научно-технический конференции "Строительные машины них использование в современных условиях"(Санкт-Петербург, 23-24 мая 1995 г.), международной конференции "Научно-технические проб-

лемы прогнозирования надежности и долговечности металлических конструкций и метода их решения" ( Санкт-Петербург, 28-30 ноября 1995 г.).

Публикации. Основные результаты исследований отражены в 3 печатных работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав,, заключения, списка литературы (185 наименований), приложения и содержит 231 страницу, включая 27 таблиц и 63 рисунка.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность теш диссертации, постановка цели и задач исследования.

Первая глава посвящена критическому анализу существущих методов расчета характеристик сопротивления усталости сварных соединений и возможности использования их для расчета сварных элементов, испытывающих циклический местный изгиб. Обосновывается необходимость анализа упругих и упругопластических деформаций в зонах зароэдения усталостных микротрещш, их развития в макротрещину и ее дальнейшего роста. На основании выполненного анализа и современных представлений об усталости элементов металлоконструкций и деталей машин сформулированы основные допущения и положения расчетного метода и построена математическая модель усталостного разрушения сварных соединений, работающих в условиях циклического сжатия и изгиба. В отличие от существующих расчетных методик, построенная модель рассматривает процесс разрушения как четырехста-дийный.

Напряженно-деформированное состояние околошовной зоны сварного соединения при наличии местного изгиба от смещения рельса, боковых сил и сварЬчных остаточных напряжений характеризуется упруго-пластическим или неупругим гистерезисом. При этом номинальные., напряжения, действующе в стенке в процессе эксплуатации, соответствуют многоцикловой области усталостного нагружения.

Процесс усталостного повреждения к разрушения при упругоплас-тическом деформировании развивается во времени, проходя четыре стадии.

На первой начальной стадии деформирования в определенном объеме металла околошовной зоны, называемом расчетной зоной, при внешних растягивающих напряжениях происходит. как правило, релаксация остаточных напряжений, разупрочнение или упрочнение

металла. При внешнем циклическом сжатии остаточные напряжения не релаксируют. Этот процесс занимает от нескольких циклов до нескольких сотен циклов нагружения и именуется процессом внутренне нестационарного циклического нагружения при внешнем стационарном нагружении.

Вторая стадия характеризуется накоплением усталостных повреждений в расчетной зоне при установившейся петле упругошгастической деформации, описываемых кривой Френча для малоцикловой области. Концом второй стадии циклического повреждения является образование зародышевых микротрещин в расчетной зоне.

Третья стадия описывает рост одной из зародышевых микротрещин в расчетной зоне до размера макротрещиш. Процесс дальнейшего роста такой трещины контролируется не деформациями расчетной зоны, а упругопластическщщ деформациям! в вершине трещины,. Одним из необходимых условий формирования макротрещины является пересечение ею как минимум одной границы зерна. Завершение третьей- стадии наступает после выхода трещины из зоны действия концентратора, то есть из расчетной зоны.

Четвертая стадия - стадия роста макротрещины до критических размеров (момента окончательного разрушения образца или предельных размеров трещины в сварном элементе конструкции). Рост усталостной трещины описывается уравнениями линейной механики разрушения, тек как напряжения _ от внешней нагрузки и• сварочные остаточные на превышают (0.7-0.8) от. где с» - предел текучести.

Долговечность сварного соединения по моменту окончательного разрушения или образования критической, трещины определяется правилом Пальмгрена-Майнера линейного суммирования повреждений, проверенным в многочисленных работах. Суша повреадений на каждой стадии циклического деформирования

¡ = 1

где а,- мера повреждения на ¡-ой стадии.

Мера повреждения а 1 характеризует деформационную повреждаемость металла расчетной зоны и равна

где « £* + с" - в - интенсивность пластической деформации нулевого полуцикла нагружения в расчетной зоне сварного

4

I V 1.

(1)

(2)

соединения; ссо и с" - интенсивности местных деформаций от сжатия и местного изгиба в расчетной зоне; е^ и е^ - размахи интенсивности пластической деформации j -го и О+О-го полуцюслов нагружения в расчетной зоне сварного соединения; - истинная деформация разрыва металла расчетной зоны сварного соединения при квазистатическом нагружении; к - число полуциклов нагружения сварного соединения, которым свойственна внутренняя нестационарность процесса деформирования металла расчетной зоны при внешнем регулярном нагружении; <7щ - предел пропорциональности металла расчетной зоны; е - модуль упругости металла расчетной зоны.

Размах деформации ср в полуциклах, начиная со второго, определяется как

» = -[*г>.г<<и"2>~2)/Е N-2.3,4,...), (3)

ГЛ0 а21-г и "г" .коэффициент и показатель циклического упрочнения;

-И \ '( Кс< + К>" » I + V - ' <«>

5П( 2)_2 • предел пропорциональности в (2.|-2)-ом полуцикле нагружения расчетной зоны сварного соединения в координатах истинные деформация и напряжение е-в;

и к* - коэффициенты концентрации интенсивностей деформаций в расчетной зоне при действии сжимающих ос и изгибных напряжений о"; <?о(. - сварочные остаточные напряжения в расчетной зоне.

В случае, когда локальные сжимающие или изгибные напряжения в расчетной зоне не достигают °т. но суммарные превышают ат, то на место к' или к" подставляются коэффициенты концентрации интенсивностей упругих напряжений с£ и а*д.

Мера усжиостого 11 повреждения а 2 описывает процесс-повреждения при установившейся пластической деформации и может быть представлена как

где N - число циклов до зарождения усталостной микротрещины, длиной I ; ыгс- число циклов до момента окончательного разрушения или достижения макротрешшой критического размера,- сСГ и т£Г- параметры уравнения, определяемые экспериментально; <рс - коэфЦшшент подобия деформированного состояния металла расчетной зоны сварного

64 =

соединения деформированному состоянию металла образцов-имитаторов этой расчетной зоны.

Мера усталостного повреждения с1э равна

аз = АКг/мгс = {ш(гр/-С0)/(ссг(с^т")|/мГс, (6)

где дыг - число циклов, за которое зародышевая трещина превращается в макротрещину; гг - размер зоны повреждающих деформаций.

Пера повреждения .14 характеризует относительную долговечность на стадии распространения макротрещины и равна

-|{ с7^[(к.,кос> '''^К«0^»"10)' <7>

где ыт- число циклов развития макротрещины до критических размеров!

- число циклов до разрушения по кривой Велера для металла расчетной зоны; , I - начальная и критическая длины макротрещины; к0 - коэффициент асимметрии; с , п ' - параметры, определенные экспериментально; к, и кос - коэффициенты интенсивности напряжений от внешней нагрузки и остаточных сварочных напряжений; ис- база испытаний, равная ю7 циклов; аяо - предел выносливости на базе испытаний кс.

Но уравнению (1) определяется число циклов ыо до зарождения микротрещины.

Долговечность сварного соединения по. моменту образования трещины критической длины при регулярном нагружении равна

N =К/2 + + + Nт. (8)

В случае, если суммарные напряжения (о™ах + о^ах) при сжатии и изгибе оказываются меньше предела текучести от металла расчетной зоны, но больше циклического предела пропорциональности £»лц в многоцикловой области, то есть <(оста* + о|1тах) * оТ, то расчет ведется по кривой Френча в многоцикловой области для приведенных напряжений

{(К" * °Г| ♦ •*)■(". * V.. ♦ *,)п}т\г - свЛт

где л!ог и сог - параметры уравнения; ра - коэффициент подобия напряженного состояния металла расчетной зоны сварного соединения

напряженному состоянию металла образцов-имитаторов этой расчетной зоны; ч> = о.2 - коэффициент чувствительности металла к асимметрии цикла.

Число циклов определенное по уравнению (9), в этом случае определяет число циклов до зарождения макротрещины, то есть заменяет собой сумму мор = к/2 + +

Вторая глава посвящена теоретическому и экспериментальному исследованию параметров, входящих в расчетную модель усталостного разрушения, рассматриваемых узлов. Получены уравнения, определяющие ординат суммарной эпюры упругих напряжений или упругопластических деформаций в расчетной зоне и сам размер расчетной зоны в зависимости от уровня и направления действия сжимающих, изшбных и остаточных напряжений. На основе экспериментальных данных, полученных автором и другими исследователями построены кривые Френча в много и мало цикловой области нагружения для стали ЮХСНД, используемой для комплексной проверки расчетного метода. В связи с тем, что экспериментальные исследования характеристик сопротивления усталости проводятся на образцах-имитаторах металла расчетной зоны, в работе определены коэффициенты подобия напряженного и деформированного состояний образцов-имитаторов металлу расчетной зоны сварных соединений. Для стадии развития макротрещины получены расчетные зависимости коэффициентов интенсивности остаточных сварочных напряжений к, ос и исследованы закономерности роста поверхностной трещины по 'зоне сплавления сварного шва и стенки со стороны верхнего пояса.

Размер расчетной зоны гг определяется по суммарной эпюре упругопластических деформаций зависимостью

(10)

где индексы указывают на" принадлежность х определенному участку' суммарной эпюры (рис.1). Значения х в зависимости (ю) определяются решением уравнений:

+ ( °е < Се ♦ 5е ке Еи " «ос^ос)^ <">

(О * х * хи);

- < Сс 4 + ( 5е < сс ♦ **а си - <12>

(х» * * * *с)!

<»" - кс се * с,1+ еос

£,.г= - ет 4 £Н1+ еос +

( К *1 Ес ♦ £„ - ^/"осЬ <13>

(х^ < х 4 хс);

с7.»ш - Гс 4 £И1+ «ос +( < Е. - еос/хое]х' 1хс< * 5 "ос >! <14 >

о -л *«.. - * ч < *

<*ос < * * V2»'

где с Си(°е < < » ' Х < У»т»«>/И 5Т(Х)/2Е - е,

4 и 1 _и и _и и » * _ .. 1 -

сЬ

кё еи

°а % £с

Здесь Ксс, с^ и а^, - коэффициенты концентрации и относительные градиенты деформаций и напряжений при сжатии соответственно; к", и а*, 5" - коэффициенты концентрации и относительные градиенты деформаций и наряжений при изгибе соответственно; *к= (о.эо-о.з2)бс5 а - толщина стенки! у = 0.15-0.2.

с

Рис.1. Суммарная эпюра для определения размера расчетной зоны гг

Б зависимостях (11-15) верхний знак берется для расчетной зоны 2> нижний знак - для расчетной зоны 1 (рис.1).

Суммирование ведется только по тем значениям которые, буду-

чи подставлены в зависимости (и - »5), приводят к удовлетворению функциями 2<х) УСЛОВИЯ

{<%. -Г.} 1 8т<Х,/2Е-

Для коэффициентов подобия р и гд получены выражения! Г

«I ^)/[13.04гГ1Т , (16)

яь[(ю2+рг)-ь2/з]-2«в[~г/р2-иг + -|^»гсв1п| ]

(»7)

где и, и, р, а - геометрические размеры образцов-имитаторов; 1 -момент инерции рельса и пояса-, и, > о.5...о.8 - коэффициент масштаба для металла расчетной зону; ре а ра - масштабы распре-деления Вейбулла.

Для крестового сварного соединения, изпсльэованного в работе для экспериментальной проверки методики расчета, получено выражение для определения коэффициента интенсивности (КИН) остаточных напряжений на стадии развития макротрещины

Коо"

<г/«с*о.э)

ГДе с«2*2/(л2-4); а»и/«*; Ь=-и/6с! <|«0ос 1 ( 1 ).

Г(п) -гамма-функция.

Усталостная макротрещина в подрельсовой стенке имеет форму, близкую к полуэллиптической и в дальнейшем растет по толщине и длине стенки, меняя эллиптичность контура. Для оценки КИН от внешней нагрузки ( расчетная зона 1 ) и остаточных напряжений использовалось решение И.П.Васышва и Р.В.Ризнычука для полосы, ослабленной полуэллиптической трещиной, позволяющее анализировать КИН в разных точка/, контура фронта трещины. На основе уравнений Пэриса для скорости роста чрещины в точках контура фронта, лежащих на малой и большой полуосях эллипса получено уравнение роста

трешсш по длине и толщине стенки в поле внешних и остаточных напряжений, частные решения которого показывают, что соотношение между большой и малой полуосями составляет а/« = 17..,220, т.е. трещина растет преимущественно по поверхности, что наблюдается в эксперименте.

В этой же главе экспериментально для гладких образцов из стали 10ХС11Д при изгибе с вращением построена кривая Френча. На основании ранее проведенных Л.К.Штейцайгом и К.П.Манжулой экспериментальных исследований усталостных характеристик образцов-имитаторов металла расчетной зоны при скорости охлаждения и = 40°с/с, а также теоретического анализа получены уравнения Френча образцов-имитаторов в мало и многоцикловой области нагружения, параметры которых приведены в табл.ь Параметры т0 и сд характеризуют. кривую Велера.

Таблица 1

Параметры сопротивления усталости основного металла и металла

расчетной зоны сварных соединений

Малоцикловая область Многоцикловая область

п mCF са UF <Г с" OF Л, ог

сталь ЮХСНД 0.459 0.19! 0.562 0.287 11.64 18.S5 t035.6Z7 10Г2.707

Образцы-имитаторы (i>x40°C/с ) 0.436 0.039 0.432 0.025 13.50 20.95 104..«»в ю60'194

b третьей а.юве исследуются номинальные напряжения в стенке балки от сосредоточенного воздействия ходового колеса. С этой целью выполнен обзор расчетных методик определения местных сжимащих и изгибных напряжений в стенке, а также боковых нагрузок, возникающих при перекосах крана и непра в ильной установке колес. На основа решения ряда задач МКЭ выполнена численная проверка расчетных зависимостей, рассмотрено влияние жесткостных характеристик металлоконструкции крана на точность аналитических расчетных решений. Исследования провздены для одноотенчатых и коробчатых балок, а основные результаты и выводы иривесены в заключении.

Четвертая глава включает исследования напряженно-деформированного состояния в ионах концентрации, напряжений - зонах сплавления основного металла стенки с металлом шва. Проведен анализ зависимостей, позволяют* рассчитывать теоретические коэффициенты концен-

трации ад и градиенты о0 напряжений в тавровых и крестовых сварных соединениях при действии растяги в а'щей и изгибающей нагрузок. Численные исследования закономерностей распределения напряжений в зонах зарождения усталостных трещин выполнены на ЭВМ методом конечных элементов. На основании решения 52 численных задач с варьируемыми характеристиками конструктивно-технологического исполнения и нагружения сварцых соединений получены расчетные зависимости для теоретических коэффициентов концентрации напряжений "о и а также для относительных градиентов напряжений и о" при сжатии и изгиба. Показано влияние технологического непровара на величины а0 к о0.

Ось

ТТ

:-—3 п

Г

R /_;

Рис.2. Расчетная схема сварного соединения

На рис.2 приведены расчетные схемы сварных соединений, а также обозначены варьируемые геометрические параметры. Рассмотренные диапазоны изменения геометрических параметров составляют: paiwyc сопряжения наплавленного и основного металлов r - от 0.5 до 6 mm; толщина свариваешх деталей - от ю до 40 яшм горизонтальный и вертикальный катеты шва кг я к( - от 7 до i з mn; толщина непровара t - от о до 2 mm; ширина непровара ь - от о до 7 mmi смещение рельса е - от о до 15 шт. К рельсу прикладывались вертикальные сжимающие и боковые силы. Получены следующие зависимости:

1+-

kb: —J ■ Ы

1+0.68

("У

, ( 19)

с

ГДе к«2.6089, п»0.85 ПрН R/«ci О.И

к=1.5811,

п«0.75 При R/6C> О.1i

о„

0. 32IИ —

^•Ч-Ш-Ь

(20)

где к = 0.58, при К/6с й 0.1; к

1.16, при я/6с> 0.1;

Кв 3.

.(21)

ГДв к1=1 ■ 0 , к=1.3440, п^О.2, п=0.85, При И/бс г: 0.1; к(*0.8, к=1.2649, п1=0.3, п=0.75, .При '> 0.1;

0.32|1

_ , ■ .,1 [

1+0.08

з] К в 4 »

,(22)

где к = 1.26, при »/{iO.il к = 1.93, при К/5с> 0.1. Расхождение результатов численного и модельного экспериментов и расчета характеристик нагруженности околошовной зоны сварных соединений крановых Салок с рельсом над стенкой по полученным зависимостям в подавляющем большинстве случаев не превышало 7.5«.

В птой главе рассматриваются вопросы практической реализации предложенного расчетного метода. Разработаны алгоритм и программа расчета на ЭВМ характеристик сопротивления усталости сварных элементов балок с рельсом над стенкой, проведена оценка точности метода расчета сравнением расчетных характеристик пульсаторных образцов с экспериментальными (рис.з,а). Расчетным путем получены значения пределов выносливости балок с рельсом над стенкой, использованных в экспериментальных исследованиях на пробежной матине и показана удовлетворительная точность разработанного метода. В качестве примера на рис.з,б приведены результаты расчетов и экспериментальных исследований для двутавровой балки.

Расхождение расчетных и экспериментальных данных для крестовых сварных соединений по пределу выносливости составляет 6.45Х, по котангенсу угла наклона - з.4*х.

1

0.02

0.05

0.4 0-6 0.81.Cf и МО1«

0.1 0.2 0)

Рис.з. Результаты расчетного и &&сперимеиталыюго определения характеристик сопротивления усталости: 1 и г - Экспериментальная и расчетная кривая усталости з - расчетная кривая Френча

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. На основе проведенных исследований выявлен ряд недостатков существующих нормативных зависимостей для расчета выносливости подкрановых (СНиП 11-23-81) и крановых (РТМ 24.090.53-79) балок с рельсом над стенкой, а также других методик расчета. Все расчетные •методики не учитывают условия формирования и развития трещины.

2. Разработан метод расчета циклической долговечности подрельсоЕых узлов одно и двухстенчатых балок, позволяющий строить кривив усталости как по моменту зарождения макротрещшш, так и достижения ею критических размеров во всем диапозоне долговечкостей. Метод позволяет дифференцированно учитывать геометрии соединения и сварных швов, механические свойства околошоваой зоны и уровень сварочных остаточных напряжений, перераспределение этих факторов в процессе циклического деформирования! последовательно отслеживать зарождение микро и макротревтн, а также развитие одной магистральной трещшш в зависимости от напряжений сжатия и местного изгиба, вызванных внешними

силами и конструктивно-технологическими особенностями изготовления, монтажа и эксплуатации.

3. На основании четырехстадийной модели усталостного разрушения, учитывающей процессы внутренне нестационарного упругопластического деформирования металла расчетной зоны, сформулированы условия зарождения микротрещин, их перерастания в макротрещину и последующего ее развития. Для стали ЮХСНД экспериментально построена кривая Френча. Показана роль остаточных напряжений в формировании циклов деформирования металла в зове концентратора и в вершине трещины при коэффициенте асимметрии цикла внешней нагрузки к0

4. Получены расчетные выражения для определения размеров' упругопластичной зоны у радиуса перехода основного металла стенки к металлу шва в зависимости от геометрических параметров и уровня местных сжимающих и изгибных напряжений. Даны зависимости коэффициентов подобия по напряженному и деформированному состоянию металла расчетной зоны соединения образцам-имитаторам, отражающие масштабный эффект.

5. Показано, что условный эксцентриситет смещения рельса по отношению к оси стенки при действии боковых сил, вызванных перекосами крана и неправильной установкой колес, может превышать нормативное значение е=15 мм в несколько раз. У кранов, работающих постоянно с грузами, превышающими 0.7о, где о - номинальная грузоподъемность, значения боковых сил следует принимать равным 0.3 от среднего вертикального давления на ходовое колесо; Следует считать заниженными российские требования по допустимому углу монтажного перекоса колес а-0.002 рад.

6. Исследованиями напряженно-деформированного состояния сварных узлов с рельсом над стенкой методом конечных элементов установлено следующее:

-местные сжимающие напряжения в стенке двутавровой и коробчатой балок с достаточной точностью описываются рядом зависимостей, из которых наиболее простой и удобной для практического использования является формула Б.М.Ьроуде;

-местные изгибные напряжения стенки двутавровой балки наилучшим образом определяются зависимостью Г.А.Шапиро при е<»ю мм и зависимостью О.Ф.Иванкова и М.Е.Сяенглера при е>=ю мм;

-местные изгибные напряжения в стенке коробчатой балки с достаточной точностью определяются зависимостью С.А.Соколова,

В.Н.Шкевкча и Ю.Е.Якубовского.

7. На основании расчетов НДС околошовной зоны при варьировании геометрических параметров сварного соединения получены расчетные зависимости теоретических коэффициентов концентрации, относительных градиентов сжимаюцих и изгибных напряжений. Дана оценкь точности предложенных зависимостей.

£. Для поверхностной трещины в стенке балки крестообразного сзарного образца получены зависимости КИН от сварочных остаточных напряжений. Смоделирован экспериментально наблюдаемый рост поверхностной трещины в сжатой зоне стенки по длине шва.

9. На основе математической модели усталостного разрушения разработана программа расчета на сопротивление усталости сварных соединений балок с рельсом над стенкой при регулярном нагружении, позволяющая определить пределы ограниченной и неограниченной выносливости при любой долговечности по моменту зарождения усталостной трещины и достижении ею критических размеров, а также угол наклона усталостной кривой.

10. Рядом расчетов двутавровых и коробчатых балок при различных смещениях рельса показана удовлетворительная сходимость с экспериментальными исследованиями на пробежной машине. Расхождение между определенными расчетом и полученными в эксперименте значениями предела выносливости и показателя степени усталостной кривой у крестового сварного соединения составила 6.4 и з.*% соответственно.

Основные положения диссертации опубликованы в работах.

Г. Исследование напряженного состояния в сварных соединениях крановых балок с рельсом над стенкой// Республиканская научно-техническая конференция "Строительные машины и их использование в современных условиях" ( Санкт-Петербург, 23-24 мая 1995 г.): Сб. науч. д. -1995. -С.27-30.(соавтор Манжула К.П.).

2. Исследование местных напряжений от давления ходового колеса в крановых балках с рельсом над стенкой // Международная конференция "Научно-технические проблемы прогнозирования надежности и долговечности металлических конструкций и методы их решения" ( Санкт-Петербург, 28-30 ноября 1995 г.): Сб. науч. Д. -1995. -С.266-268. (соавтор Манжула К.П.).

3. Концентрация напряжений в сварных соединениях крановых балок с рельсом над стенкой // Сборник научных работ студентов я аспирантов/ СПбГГУ. -1966. -N7. -С.27-30.

Подписано в печать 10!/ % . Тираж 100. Заказ 1А 577. 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29