автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Методика расчетной оценки долговечности металлоконструкций грузоподъемных и строительных машин с непроварами в сварных элементах

На правах рукописи

МЕТОДИКА РАСЧЕТНОЙ ОЦЕНКИ ДОЛГОВЕЧНОСТИ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ И СТРОИТЕЛЬНЫХ МАШИН С НЕПРОВАРАМИ В СВАРНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ

Специальность: 05.05.04 - Дорожные, строительные и подъемно-транспортные

машины

005049280

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

7 ФЕВ 2013

Санкт-Петербург — 2012

005049280

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет» (ФГБОУ ВПО «СПбГПУ»).

Ведущая организация: филиал ОАО "Корпорация "СПУ-ЦКБ-ТМ "КБ-Тяж-Маш" в г. Санкт-Петербурге

Защита состоится «19» февраля 2013 г. в 16 часов на заседании диссертационного совета Д 212.229.24 при ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет» по адресу 195251, г. Санкт-Петербург, ул. Политехническая, д. 29,корп.1, ауд. 41.

С диссертацией можно ознакомиться в Фундаментальной библиотеке

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Манжула Константин Павлович Официальные оппоненты: Петинов Сергей Владимирович,

доктор технических наук, профессор ФГБОУ ВПО «СПбГПУ», профессор кафедры «Сопротивление материалов», заслуженный деятель науки Российской Федерации

Попов Валерий Анатольевич, кандидат технических наук, ФГБОУ ВПО «ПГУПС», заведующий кафедрой «Подъемно-транспортные, путевые и строительные машины»

ФГБОУ ВПО «СПбГПУ».

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат технических наук, доцент

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Одной из важнейших задач проектирования и изготовления металлоконструкций подъемно-транспортных и строительных машин в условиях экономической конкуренции является обеспечение несущей способности по критериям усталостной прочности, долговечности и трещнностойко-сти. Усталостное разрушение металлоконструкций подъемно-транспортных, строительных машин, как правило, происходит по сварным швам, которые характеризуются концентрацией напряжений и деформаций в околошовной зоне, действием сварочных остаточных напряжений, наличием конструктивно-технологических непроваров. Наличие в металлоконструкциях непроваров может быть вызвано конструктивной невозможностью полного проплавления корня шва по причине малых габаритов узла, скученности набора свариваемых элементов, а также стремлением уменьшить конечную стоимость машины за счет упрощения ряда технологических процессов сварки. Примерами могут служить сварные соединения в балках коробчатого сечения мостовых кранов и перегружателей, когда выполнить шов с внутренней стороны стенки не представляется возможным, в рамах строительных машин со сложной конфигурацией и др. Непровары заложены в стандартах на сварку, например, в нахлесточ-ных соединениях, в угловых швах с отбортовкой, угловых и тавровых односторонних швах. Трещины от непроваров зафиксированы в стрелах контейнерных перегружателей, в рукоятях экскаваторов, элементах крепления подтележечных рельсов и др. элементах грузоподъемных и строительных машин.

Вопросам усталости сварных соединений в конструкциях подъемно-транспортных и строительных машин посвящено большое количество исследований, однако изучению образования трещин от непроваров уделено недостаточное внимание. В стандартах и рекомендациях на проектирование металлоконструкций представлены типовые сварные соединения с непроварами, однако влияние геометрических параметров соединения на долговечность в них не рассматривается.

Цель работы - разработка методики расчета долговечности и трещино-стойкости сварных элементов металлоконструкций подъемно-транспортных и строительных машин, имеющих конструктивные и технологические непровары. Методика должна учитывать характер нагружения узла и два возможных варианта образования непровара. Острый непровар, когда расстояние между свариваемыми листами, образующими непровар, настолько мало, что его можно считать готовой трещиной, а для описания напряженно-деформированного состояния (НДС) при развитии трещины использовать коэффициенты интенсивности напряжений (КИН) и критерии механики разрушения. И притуплённый непровар, когда НДС в вершине непровара описывается коэффициентами концентрации и градиентами напряжений и деформаций, а значительный период долговечности составляет накопление усталостных повреждений и период формирования макротрещины.

Для достижения указанной цели поставлены следующие задачи:

• исследовать НДС в вершине острого непровара, определить зависимости изменения коэффициента интенсивности напряжений (КИН) от длины трещины и геометрических параметров сварного соединения, траекторию роста трещины и время ее развития при усталостном разрушении;

• исследовать НДС в вершине притуплённого непровара, получить зависимости для расчетной оценки размеров зоны предразрушения, коэффициентов концентрации, градиентов напряжений и деформаций от геометрических параметров соединения и уровня нагружения;

• разработать с учетом полученных зависимостей методику оценки долговечности соединений с конструктивно-технологическими непроварами в диапазоне геометрических параметров и вариантов нагружения, характерных для металлоконструкций подъемно-транспортных и строительных машин;

• провести экспериментальные исследования для апробации разработанной методики.

Для инженерного использования предлагаемая методика расчета долговечности сварных соединений с острыми и притуплёнными конструктивно-технологическими непроварами реализована как часть программного комплекса расчета долговечности сварных элементов грузоподъемных и строительных машин.

Метод исследования. В работе использованы методы планирования численного эксперимента, регрессионного анализа, исследования напряженно-деформированного состояния в среде конечно-элементного моделирования АЫБУБ, методы экспериментального исследования долговечности и трещино-стойкости на испытательном комплексе Ш8Т11(Ж 8806.

Достоверность результатов численного моделирования и расчетных моделей подтверждена результатами экспериментальных исследований, сопоставлением результатов расчетов с известными данными.

Практическая ценность работы заключается в том, что предложенная методика и полученные зависимости позволяют проводить оценку долговечности металлоконструкций грузоподъемных и строительных машин с непроварами в сварных элементах, оценивать остаточный ресурс в период эксплуатации. Полученные зависимости и модели могут быть полезны при расследовании причин аварий конструкции грузоподъемных и строительных машин вызванных усталостными разрушениями. Результаты работы могут быть использованы и в других отраслях промышленности, таких как судостроение, автомобилестроение.

Апробация работы. Основные материалы диссертации доложены и положительно оценены на международных научно-практических конференциях «Инновации в транспортном комплексе. Безопасность движения. Охрана окружающей среды. Международная научно-практическая конференция» (Пермь, 2010), «Модернизация и научные исследования в транспортном комплексе» (Пермь, 2012), «XXXIX Неделя науки СПбГПУ» (СПб, 2010), «ХЬ Неделя науки СПбГПУ» (СПб, 2011), на II Международной научно-практической конференции «Современное машиностроение. Наука и образование» (СПб, 2012), на

5

семинарах кафедры «Транспортные и технологические системы» СПбГПУ (СПб, 2010-2012).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ (из них 3 работы в журналах Перечня ВАК).

На защиту выносятся следующие результаты, полученные лично автором и обладающие научной новизной:

• Методика расчета долговечности сварных соединений грузоподъемных и строительных машин с конструктивными непроварами.

• Расчетные зависимости для оценки коэффициентов интенсивности напряжений в вершине острого непровара.

• Расчетные зависимости для оценки коэффициентов концентрации и градиентов напряжений и деформаций в упругой и упругопластической областях деформирования в вершине притуплённого непровара.

• Результаты моделирования траекторий и определения скоростей развития трещин, результаты анализа влияния геометрических параметров сварных соединений с непроварами на долговечность элементов конструкции грузоподъемных и строительных машин.

• Результаты экспериментального исследования соединений с конструктивными непроварами.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованной литературы из 90 наименований. Работа изложена на 176 страницах машинописного текста, включая 115 иллюстраций, 34 таблицы и 1 приложение.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность работы, сформулирована цель исследования, представлена структурная схема диссертационной работы.

В главе 1 рассмотрены существующие металлоконструкции грузоподъемных и строительных машин, имеющие конструктивно-технологические не-

провары в сварных соединениях, Приведены примеры и статистика усталост-

6

ных разрушений и проанализированы места образования усталостных трещин в сварных соединениях металлоконструкций грузоподъемных и строительных машин.

Вопросам сопротивления усталости сварных металлоконструкций посвящены отечественные исследования М.М.Гохберга, И.В.Кудрявцева, В.Н.Юшкевича, Н.А.Клыкова, С.А.Соколова, С.В.Петинова, К.П.Манжулы, А.В.Ильина и др. и зарубежные исследования В.И.Труфякова, S.Maddox, T.Gurney, D.Radaj, C.Sonsino, W.Fricke, G.Marquis и др. Однако в этих исследованиях развитие усталостного разрушения от непровара почти не рассматривается.

В отечественной нормативной методике расчета металлоконструкций грузоподъемных машин, основанной на обобщении многочисленных усталостных испытаний различных типов соединений определяются основные расчетные параметры: эффективный коэффициент концентрации К, предел выносливости сварного соединения сткк и показатель m уравнения Велера. При этом характеристики усталости соединения не зависят от места разрушения (зона сопряжения шва с основным металлом или непровар), методика не отражает особенностей конструктивно-технологического исполнения соединений, что приводит к ошибкам в определении пределов выносливости.

В европейских стандартах (EN) сопротивление усталости для номинального размаха напряжений определяется при помощи кривых усталости (S-N), которые составлены для типовых групп элементов конструкций. В рекомендациях международного института сварки (I1W) крестовые сварные соединения с непроварами при растяжении приваренного листа относятся к классам FAT36 при разрушении от непровара и FAT63 от радиусного перехода. В американском стандарте ANSI А WS D1.1/D1.1M:2004 также рассматриваются угловые по форме сварные соединения с непроварами при растяжении приваренных листов. Однако в стандартах не учитываются геометрические особенности соединений с непроваром, а также рассматривается только растяжение нормальное к непровару.

Стандартами на сварку толщина конструктивно-технологических непро-варов варьируется, как правило, от 0 до 2-х мм. При толщине более 0,5 мм непровар на концах имеет закругления, в районе которых при действии нагрузки возникает напряженно-деформированное состояние, которое может быть оценено с помощью коэффициентов концентрации и градиентов напряжений и деформаций. В случае, когда зазор менее 0,5 мм непровар, называемый острым, можно рассматривать как готовую трещину и оценивать НДС в вершине непровара через параметры механики разрушения (рис.1).

Методика оценки металлоконструкций грузоподъемных и строительных машин с непроварами в сварных соединениях основана на разделение непрова-ров на острые и притуплённые. Для расчета долговечности предложены две ма-

притупленныи непровар

тематические модели.

В случае острого непровара рассматривается рост и траектория движения макротрещины под действием внешней циклической нагрузки и сварочных напряжений,

При притуплённом непроваре развивается четырехстадийная модель усталостного повреждения и разрушения сварных соединений, предложенная в работах К.П.Манжулы. В модели описываются процессы деформирования и накопления повреждений, инициации трещин от непровара, учитываются параметры конструктивно-технологического исполнения соединения, а также особенности нагружения металлоконструкций грузоподъемных и строительных машин.

Глава 2 посвящена исследованию НДС в вершине острого непровара. В качестве характеристик, определяющих напряженно-деформированное состояние в вершине острого непровара в работе используются коэффициенты интенсивности напряжений, которые являются функцией от геометрических

Рис. 1. Расчетная модель крестового соединения при растяжении

характеристик сварного соединения, уровня нагружения, длины трещины. Рассматриваются несколько расчетных случаев нагружения элементов металлоконструкций подъемно-транспортных и строительных машин: растяжение крестообразных соединений по разрезному элементу, нагружение поперечной силой тавровых соединений, комбинированное нагружение тавровых соединений. В главе описывается построение расчетных моделей острого непровара в среде конечно-элементного моделирования АпвуБ в плоской и объемной постановке. Представлена методика моделирования трещины с использованием сингулярных элементов.

Геометрия сварного шва описывается 5... 10 параметрами. Были выделены наиболее характерные для конструкций грузоподъемных и строительных машин геометрические параметры сварных соединений, и диапазоны их варьирования, составившие матрицу планирования расчетного эксперимента. По методике планирования многофакторного эксперимента был составлен план, предусматривающий проведение серии из 32 опытов, с пошаговым моделированием продвижения трещины в каждом опыте. В результате обработки данных моделирования была получена упрощенная зависимость для коэффициента интенсивности напряжений

Ь„ -2.33(Ь, + /,, + /,,)- 4/у-1.Л7Ь4+.?.,?.?Л, + .им, " + + П. 1)67Ь1, +

'/ " '/ К и

-н Л, Л- ^ Л-? Л - . Л - ^ + ^ Л. ^ - - ■ «л 7/. - /. (5 7)^ .?- Л Л ^

Здесь обозначения соответствуют рис.1, коэффициенты уравнения представляют собой полиномы от относительной величины приращения трещины и в общем виде записываются как

(п

где [1Ш, (д=0,1.....4) - коэффициент перед соответствующей степенью множителя (а'М), определяемый по таблице 1, р=0,1,2, ...,5,12,....12345 - индекс, указывающий на соответствующий параметр или группу параметров, (а - относительный размер трещины от вершины непровара. Размерность К| в МПа-м"'5, а -МПа, и ~ мм, остальные параметры берутся как относительные.

Таблица 1

Значения коэффициентов уравнения (2) __

Л II, Л Р> Л Л Р, /¡2 Р> Л

ьо 10,89 11,06 54,03 -136,15 155,96 ш -0,63 1,27 -14,28 38,71 -31,89

ы -2,56 -0,04 -9,67 17.76 -25,59 Ь24 1,13 -0,26 1,36 0,61 -2,91

ьг 3,40 -0,98 8,15 -15,28 18,22 Ь25 ¡¡¡¡¡¡И 0,67 0,59 -3,28 7,70 0.32

ьз -0,33 1,79 6,76 -24,03 37,66 0,90 2,05 -4,90 15,58 -14,66

м 3,62 4,91 8,22 -21,15 34,29 Ы24 -0,45 -1.41 7,71 -19.44 16,34

Шшш т. 2,69 1,89 25,74 -64,90 56,18 я» ИИ -0,31 -0,18 0,01 0,05 -5,75

-1,37 -1,46 2,91 . -6,26 1,97 0,516 0,628 3,246 -8,634 9,554

-0,86 -0,12 -3.90 8,41 -12,95

Зависимость , ВЭ РР6493

К| ,МПаыл1 Зависимость

17,515

1

10 7,5 51,0

Зависимость ВЭ РР6493 К|,Л 111а4м Зависимость

Полученная

Рис. 2. Графики зависимости К] от КЛи аЛ при о =4 00 МПа, 1=11=12, К^КВ=К|: а) - 1:=10мм,

б) - 1=20мм

Сравнение полученного уравнения с зависимостью Франка - Фишера показывает хорошую сходимость, однако в области низких значений катета шва и высоких значений исходного непровара зависимость начинает стремительно возрастать (рис.2). Стандарт В8 РБ6493 дает несколько завышенные результаты. Наиболее существенное влияние на значения КИН оказывают размер начального непровара и катета шва. Меньшее влияние оказывает параметр формы шва (в рассмотренном диапазоне).

/шиш тшт

вершина непровара

Рис. 3. Расчетная модель таврового соединения, нагруженного поперечной силой

Оценка КИН при действии поперечной нагрузки проводилась в двух случаях нагружения: при действии только перерезывающей силы в сечении 1-1 (рис.3) и при нагруже-нии силой на консоли, действующей вдоль фланговых швов. НДС в вершине острого непровара и трещины определяется действием КИН от растяжения К| и сдвига Кц. В этом слу-

чае определяется эквивалентный КИН Кгц =^К;+КИ: .

При действии только перерезывающей силы был составлен план численного эксперимента, предусматривающий серию из 15 опытов. В результате обработки, при тху|_|=100 МПа, получено уравнение для Ксф описывающее развитие трещины в зависимости от геометрии соединения

* « * с, + —г +1,с + —

К — С'п I I , Р I

со О ] к , а 1 1

Ь К, а К,

л ка I,

Га1

(3)

где с,„ - коэффициент перед слагаемым при т=0,...,а1, определяется по уравнению (4) и таблице 2, параметры геометрии соединения по рис.3

Со

Ск

Ск2

С|2

Ска Си

Са1

Значения коэффициентов уравнения (4)

(4)

Таблица 2

[¡и

5,537

I 1.59

3.885

0,213

8,326

1.939

-0.00041

-5.42 -0,216

0,196

1!,

-61,617

40,245

154,898

2,181

6,432

-40,475

-0,01683

-101,908 -1,764

,097

02

455,32

-433,350

-841,457

-13,333

185,519

0,13149

336.662 9,62

-5.229

Рз

-1079,41

1225.833

I 706,238

30,776

-636,065

-860,839

-0,3209

-539.48 -19,878

10,296

861.75

-1047,666

-1234.795

-22.184

559,884

651,257

0,24651

369,707 13.605

-6,926

20-

15

10

5

К *1=40мм

Эквивалентные КИН возрастают с увеличением толщины пристыкуемого элемента. Длина исходного непровара оказывает большее влияние на рост КС1) и долговечность, чем уменьшение размера горизонтального катета шва (рис.4).

1,0

1,0

При приложении поперечной силы на консоли привариваемого элемента в главе описана методика

Рис. 4. Зависимости Кеч от рассматриваемых моделирования фланговых швов с

геометрических параметров при нагружения

исходного непровара нагрузкой %н=100 МПа использованием балочных элементов. Получены зависимости для Ксч при различных катетах швов. Для проверки корректности построения плоской модели была создана объемная модель. Описана методика объемного моделирования острого непровара. Значения КИН, полученные по результатам решений на плоских имитационных моделях, показали завышенные (менее 20%) результаты в сравнении с решениями, получаемыми на объемных моделях, что идет в запас прочности при расчетах долговечности.

В главе проведен расчет КИН в объемной модели острого непровара для проушины крепления гидроцилиндра рукояти экскаватора, нагруженной поперечной и растягивающей силами.

В главе 3 исследуется НДС в вершине притуплённого непровара. В оптимально спроектированных конструкциях грузоподъемных и строительных машин во время нагружения металл в вершине притуплённого непровара может находиться в двух состояниях: упругом или упругопластическом. Количественно НДС в вершине непровара определяется в упругой области теоретическим коэффициентом концентрации напряжений аа и относительным градиентом напряжений , а в упругопластической области - коэффициентом концентрации

деформаций К,; и относительным градиентом деформаций Су. По значениям

характеристик а0, К,:, определяются опасные по усталостному повреждению объемы металла в вершине непровара.

Для построения расчетных зависимостей были выделены наиболее значимые параметры геометрии с диапазоном варьирования, наиболее характерным для металлоконструкций подъемно-транспортных и строительных машин (табл. 3, обозначения по рис.1). Было построено 24 расчетные модели для упругой и 24 для упругопластической области деформирования вершины непровара при варьировании нагружения. Было решено 192 задачи.

Таблица 3

Рассматриваемые значения параметров

Параметр Рассматриваемое значение

Катет вертикальный Кв, мм 7; 10; 15;40

Форма шва Кв/Кг 0,7; 1,0; 1,4

Толщина непровара с1=2г, мм 0,5; 1; 1,5; 2

Толщина листа 1г , мм 10; 20; 40

Относительный размер непровара а/1 0,4; 0,7; 1,0

Номинальное напряжение а,„ МПа 150; 200; 250; 300

Абсолютные градиенты Са и С,, характеризуют скорость убывания напряжений Оа = = и

а'в 6 — £

деформаций С,. = —^-— = ,

о А

рис.5. Для того чтобы градиент зависел только от геометрических характеристик концентратора его приводят к относительному виду

= —— и С7Г = ——. Здесь и -

"тах ¿пш

нижний порог опасного по усталостному повреждению напряжения.

С0.2

Рис. 5. Схема к определению градиентов деформаций (показано на нагруженной модели, распределение деформаций по Мизесу)

Инженерная зависимость для определения теоретического коэффициента концентрации напряжений получена в виде

а„ = 9,19 + г ■ (- 9,19 + 0,91 Кв - 0,92Кг + 5г) + 0,02ЛГК • ^- 33,04 -12,21у + 0,304/^ +

+ -■ (2,43 + 0,42/)+ 0,02К, ■ [ 47,41 -7,78- + 1,72/ -2,21АГг + 0,01/ ■ (- 75,04 +1,44/) ' I ' ) (5)

Аналогичная зависимость для определения относительного градиента напряжений имеет вид

С„ 553-0,587К„ + 0,658К,. -0,962у-0,047/+ 0,009сг„ | + 0,004<т„ -(-12,267 + 0,0138сг„ )+

+ 0,02Л:,( ■ 4,687-1,622/ + 2,347 Л" й + 0,026--0,024сг„ | + 0,01/ (193,605 + 0,0807<7„ -4,187/)+ + 0,02/:,. ■ (-31,69-2,77/ + 2,91К, -0,00770",,)+- ■ | - 4 + 0,615 - + 0,0142с„ ^-1,064

(6)

3,0

2,25

1,5

0,75

Ссг.ММ"1 1 Кв=Кг=10 мм. аЛ=1, 1=10 мм.ан=100МПа

Л \ о ллвКв=Кп=7мм.аЛ=0,7,

Л ^н^[=10мм.аи=100МПа

2 X, |^^Кв=Кг=15 мм, аЛ=0.7 1=20мм.а„=100МПа

4 * . Кв=Кг=40мм. аЛ=1,

3\ N 1=40мм,а„=100МПа

4^ ......

г, мм

Анализ зависимости (5) показал, что наибольшее влияние на коэффициент концентрации напряжений оказывает радиус вершины непровара. Также длина непровара существенно повышает концентрацию напряжений в вер-

0 0,25 0,5 0,75 1,0 1,25 15 шине, причем при меньших

Рис. 6. Влияние радиуса вершины непровара на значе- значениях размера катета ние относительного градиента напряжений в крестовом

сварном соединении при растяжении шва увеличение длины не-

провара более интенсивно увеличивает концентрацию. Катеты шва в рассмотренном диапазоне несущественно влияют на коэффициент концентрации напряжений в непроваре, при этом наименьшее значение концентрации получается при одинаковых катетах шва. Уменьшение радиуса вершины непровара увеличивает значение относительного градиента напряжений более интенсивно при малых толщинах свариваемых листов и катетов шва (рис.6).

QorРог qctR äOT

0,25

R1<° 1 Jffi .0 гГмм 0 51,0 1'5 -1:0 ?;6MM R, мм R, мм ■

а) 6)

Рис. 7. Коэффициенты концентрации напряжений в вершине непровара ает и в радиусном переходе а„к таврового сварного соединения при t=t|=t2=l 0мм К|-=Кв=7мм при растяжении по приваренному элементу а) - a/t=0,4, б) - a/t=l ,0 (обозначения по рис.1)

В главе на основе моделирования показано, что при радиусах вершины не-0,25 провара г менее 0,50,8 мм и радиусном переходе И. более 1,0 мм наибольшая концентрация напряже-

нии оказывается в вершине непровара (рис.7). В этих случаях трещина зарождается в вершине непровара, а не в зоне радиуса сопряжения шва с основным металлом.

Для коэффициентов концентрации деформаций получена зависимость

К= /|-26,76 + 6,48/С„-8,07 Кг+20у + 1.14/-32,75-^- + 15,64;-1 + -^^-102,13 + 55,45-^-| + + 0,02К„|-320,56-1,95/ + 15,41 К„ -6,88Кг -52--273,8-^-| + 0,01/^795,9 + 700,69——26,07/| +

+ 0,02Кг\350,57-252,04 — -30,39/ + 30/СГ-59,9— +- -68,28 + 4,9+ 24.23 —+ 71,6-^-

I ' J ' I ' ,

Оо,К£.Ко

1 мни d=0,5 мм

2 ♦♦♦<3=1,0 мм 3eeed=1,5 мм 4•-•••d=2,0 мм

• (7)

200 300

Он, МПа

а)

200 300 СГН, МПа

400

Рис. 8. Влияние толщины непровара ё на значения коэффициентов концентрации а,,, КЕ, Кау" в крестовом сварном соединении при растяжении аЛ-1,0,1=10мм К|-=Кв=10мм - а), влияние относительной длины непровара аЛ на значения коэффициентов концентрации а„, Ке, Кпу" в крестовом сварном соединении при растяжении - г=0,5мм, 1=10мм К| =Кв=7мм - б)

Коэффициент концентрации упругопластических деформаций К,: значительно возрастает при уменьшении радиуса вершины непровара, уровня нагру-жения и увеличении длины непровара (рис.8). Коэффициент концентрации упругопластических напряжений Кпуп, в вершине непровара, с ростом уровня на-гружения уменьшается и поэтому не является информативным параметром при разрушении.

Зависимость для определения относительного градиента упругопластических деформаций получена в виде

(3 = 16,65 +0,0291,53 —13,29 —+1,12/ —15,37-^—2,63ЛГв + 0,ЗЗК, -10,99-^-

I ' СГ.,.2 ) 0"(.,2

3,14-1,2КВ +122К,- +2,81—| + 0,02К,.^-48,34 + 9,74у-0,33/ + 0,49ЛГ, • (8)

+-| -8,4 + 0,13/ + 5.48 —— +1,73уJ + 0,01/| -151.06 + 35,38—=- + 3,06/

Уменьшение радиуса г вершины непровара увеличивает значение относительного градиента Се более интенсивно при малых размерах катетов шва, поверхность 2, (рис.9).

1. Кв=Кг=10мм, аЛ=1.0.1=10мм

2. Кв=Кг=7мм, 7.1=10мм

ан/о0.;

0,6 0,8 г. мм

1. г=0.5мм, (=1 Омм, Кв=Кг=10мм

2. г=0.5мм, 1=10мм. Ке-Кг=7мг.1

ММ

Рис. 9. Влияние радиуса вершины непровара и уровня нагружения на относительный градиент деформаций - а), влияние длины непровара и уровня нагружения на относительный

градиент деформаций - б)

Для учета масштабного эффекта в усталости при переходе от лабораторных образцов к реальным конструкциям необходимо располагать зависимостями, определяющими объемы металла (зоны предразрушения), в которых ини-

16

циируются усталостные трещины. Металл в вершине непровара при растяжении может находиться в упругом а0 , > Отих > и или упругопластическом Етах > ео 1 состоянии в зависимости от уровня номинального напряжения. При наличии пластической зоны в вершине непровара в прилегающей к ней упругой зоне <Утах > и так же накапливаются повреждения. В работе получены уравнения для определения этих объемов. Так, зависимость расчета объема зоны пластической деформации в вершине непровара имеет вид

V, =L r^33,99 + 5,38Kl,-l,287Kl-41,49j-3,2561-0/0043а,+ 05/-(620,74 + 0,14883а„-20.61t) +

+ 0.05К,, \-31,81-0,073К,.-9,97^-0,3471-0,083а„ + 0.074К ,,^ + 0,004а„ -(-31,96+ 0,0506а„)+ ' ^

+ 0,05К,.-^20,86-4,44^-0,072t-0,0l94a,,^ + — ^8,65 + 0,9131 +1,92 j + 0,0414(T,,^-207,47

где L — длина шва; остальные параметры соответствуют расчетной схеме, представленной на рис. 1.

В главе 4 представлена реализация методики оценки долговечности и трещиностойкости сварных конструкций с острыми и притуплёнными непрова-рами, приведены результаты экспериментальных исследований, даны примеры расчета долговечности элементов сварных металлоконструкций грузоподъемных машин с непроварами.

Расчет долговечности и трещиностойкости сварных соединений с конструктивными непроварами проводился для двух случаев: от острого непровара, представляемого готовой трещиной и от притуплённого непровара. В первом случае определялась траектория, скорость роста трещины и количество циклов от начального размера трещиноподобного непровара до критического размера трещины в зависимости от уровня КИН. Во втором случае расчет базировался на стадийной модели усталостного разрушения, рассматривающей процессы упругопластического и неупругого деформирования металла в вершине непровара, рассеянного накопления повреждений, условия зарождения усталостных микротрещин, формирование и развитие макротрещины. Реализацией второго случая является дополнение программного комплекса D UST расчета устало-

стной долговечности металлоконструкций грузоподъемных машин зависимостями для оценки концентрации напряжений и деформаций, а также «опасных»

в) г)

Рис. 10. Траектории трещины а), в); зависимость длины трещины от количества циклов - б), г); в модели при действии растягивающей - а), б) и поперечной нагрузки - в), г)

объемов металла в вершине непровара, полученными во второй и третьей главах данной работы.

Для получения сравнительных характеристик и оценки влияния геометрии соединения на скорость роста трещины в крестообразных образцах исполь-

зовалось интегрирование уравнения Формана N. = Г-сА, где С и п -

I с(лк{1)У

параметры материала, 1 — шаг, отмечающий рост трещины от начального разме-

ра СР до размера [¡. Размах КИН определялся по полученным ранее зависимостям. Сварочные остаточные напряжения в образцах практически нет.

Были построены серии графиков траектории, и зависимости длины трещины от количества циклов, которые могут быть использованы для оценки остаточного ресурса сварных элементов грузоподъемных и строительных машин. Пример таких графиков представлен на рис.10.

В экспериментальных исследованиях определялась траектория развития трещины от непровара и долговечность соединения. В ходе испытаний наблюдаемый рост трещины оценивался фиксированием траектории за определенное количество циклов. Образец был изготовлен из листа

40мм стали 09Г2С, сварка

Рис. 11. Сравнение смоделированной и реальной трещины

проводилась полуавтоматом в среде защитных газов (80% аргон, 20% углекислота) сварочной проволокой 08Г2С.

Сравнение траекторий трещин полученных в эксперименте и моделируемых в МКЭ показало близкий результат, (рис.11). Так, наблюдаемые расхождения траекторий ведущих и моделируемых трещин не превышали 9°, у вторичных трещин 2°. Стоит отметить, что при моделировании, проводимом во второй главе данной работы, не производилось разделение на ведущую и вторичную трещину от непровара, модель считалась симметричной.

1000

эксперимент реком. IIW FAT36 расчет МКЭ острый непровар

Ю5 ю1

N, циклов

а)

2-10° 3-Ю5 4-10 N. циклов

б)

Рис. 12. Кривые усталости - а) и зависимости длины трещины от числа циклов - б) по результатам моделирования и эксперимента (линия 4 при а=70 МПа, С=4,75-10"12 МПа-м"'5, п=3)

С использованием программного комплекса D UST приведен пример расчета узла металлоконструкции главной балки ковочного крана, имеющем непровар в сварном Ю7 lime приварки центральной диафрагмы к стенке. Моделировались типовые технологические циклы работы крана. Проводился также расчет для острого непровара. Показано, что острый непровар по сравнению с притуплённым снижает долговечность узла примерно в 2 раза. Также приведен расчет проушины с непроваром в тяге крепления стационарного башенного крана,

разрушение которой имело место на практике. Расчет узла без непровара показал неограниченную долговечность. При наличии непровара длиной от 5 до 10 мм в сварном соединении долговечность узла снижается от полутора до трех раз

Заключение и основные выводы

В настоящем диссертационном исследовании разработан ряд методических материалов, позволяющих применять математическую модель усталостно-

го повреждения для расчета сварных соединений с конструктивно-технологическими непроварами. Полученные материалы являются новым научным результатом и направлены на повышения надежности прогнозирования долговечности и остаточного ресурса металлических конструкций подъемно-транспортных и строительных машин.

Основные выводы и результаты диссертационной работы сводятся к следующему.

1. Разработана методика оценки долговечности и трещиностойкости сварных металлоконструкций грузоподъемных и строительных машин, имеющих непровары в сварных соединениях, которая позволяет учитывать различные параметры конструктивно-технологического исполнения соединений и закономерности напряженно-деформированного состояния в вершине непровара.

2. Проведены расчетно-теоретические исследования напряженно-деформированного состояния в вершине острого (трещиноподобного) непровара. Получены расчетные зависимости коэффициентов интенсивности напряжений в вершине острого непровара от длины исходной и растущей трещины, от влияния геометрических параметров соединения, в диапазоне характерном для металлоконструкций грузоподъемных и строительных машин при различных условиях нагружения. Проведенные исследования показали, значительное влияние на уровень НДС в вершине трещины от непровара катета шва и слабое влияние формы шва.

3. Разработана методика объемного моделирования трещиноподобного непровара и определения КИН по фронту трещины. Значения КИН, получаемые по результатам решения на плоских имитационных моделях, дают завышение не более 20% в сравнении с решениями, получаемыми на объемных моделях, что идет в запас прочности при расчетах долговечности.

4. Проведены расчетно-теоретические исследования напряженно-деформированного состояния в вершине притуплённого непровара. Анализ литературных источников выявил ограниченное число зависимостей для определения теоретических коэффициентов концентрации напряжений и отсутствие

21

зависимостей для оценки градиентов и коэффициентов концентрации деформаций и напряжений в упругопластической области. Получены уравнения для расчета коэффициентов концентрации, градиентов напряжений и деформаций в упругой и упругопластической областях деформирования в зависимости от конструктивного исполнения соединения. Также получены зависимости для расчета размеров зоны предразрушения в вершине непровара как функции от параметров нагружения и геометрии соединения. Для угловых по форме соединений сформулированы условия формирования более опасного НДС в вершине непровара и в зоне радиусного перехода от основного металла к наплавленному.

5. Построенные по методике пошагового моделирования траектории трещины от непровара показали совпадающие формы (расхождение не более 9°) с траекториями, полученными в результате проведения экспериментального исследования. Полученные графические зависимости длины растущей трещины от количества циклов нагружения позволяют рассчитывать остаточного ресурс металлоконструкций грузоподъемных машин с разрушением от непровара с учетом геометрической формы и размера соединения.

6. Сравнение усталостных кривых, полученных по результатам численного моделирования и физического эксперимента соединений с острым непроваром показало, что острый непровар (толщиной < 0,5мм) не является готовой макротрещиной. При циклическом нагружении началу роста макротрещины предшествует период предразрушения, составляющий до 10% от общей долговечности в области малоциклового нагружения и до 20% в области многоциклового нагружения. Экспериментальное исследование крестообразного соединения, а также анализ существующих экспериментальных исследований подтверждают достоверность принятых расчетных моделей,

7. Полученные зависимости дополнили программный комплекс расчета усталостной долговечности и трещиностойкости металлоконструкций грузоподъемных машин. С использованием программного комплекса проведен расчет долговечности таврового соединения тяги крепления стационарного ба-

22

шенного крана и главной балки ковочного крана при исполнении соединения с непроваром различной длины и без него. Результат расчета показал, что при тех же эксплуатационных нагрузках наличие непровара длиной не более чем в половину привариваемого листа снижает долговечность не более чем в 2 раза.

Публикации по теме диссертации

Статьи в журналах Перечня ВАК

1. Шлепетинский, А.Ю. Коэффициенты интенсивности напряжений в крестовом сварном соединении с непроваром / А.Ю. Шлепетинский, К.П. Манжула // Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. - 2010. - №4. - С.137 - 146.

2. Шлепетинский, А.Ю. Коэффициенты интенсивности напряжений при росте трещины от непровара в тавровом сварном соединении, нагруженном поперечной силой / А.Ю. Шлепетинский, К.П. Манжула // Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. - 2011. - №3 .-С.122 - 129.

3. Шлепетинский, А.Ю. Объемная модель для определения коэффициентов интенсивности напряжений в сварных соединениях грузоподъемных машин / А.Ю. Шлепетинский, К.П. Манжула // Современное машиностроение. Наука и образование: Материалы 2-й Междунар. науч.-практ. конференции. - СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2012. - С. 823 - 830.

Статьи в научных изданиях

4. Шлепетинский, А.Ю. Напряженно-деформированное состояние сварных соединений с острыми непроварами при сдвиге / А.Ю. Шлепетинский, К.П. Манжула// XXXIX Неделя науки СПбГПУ: Материалы международной научно-практической конференции. Часть 2. - СПб.: Изд-во Политехи. ун-та, 2010. - С.253 - 255.

5. Шлепетинский, А.Ю. Влияние геометрии сварного шва в крестовом соединении на коэффициент интенсивности напряжений в вершине непровара / А.Ю. Шлепетинский, К.П. Манжула// Инновации в транспортном ком-

23

плексе. Безопасность движения. Охрана окружающей среды : Материалы междунар. науч.-практ. конференции (г. Пермь, 28-29 октября 2010 г.). -Пермь: Изд-во Пермского гос. тех. ун-та, 2010. - Т.3-4. - С.149 - 155.

6. Шлепетинский, А.Ю. Объемная модель сварного соединения с острым непроваром для определения коэффициентов интенсивности напряжений / А.Ю. Шлепетинский, К.П. Манжула // XL Неделя науки СПбГПУ: Материалы международной научно-практической конференции. 4.IV. - СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2011. - С.222 - 224.

7. Шлепетинский, А.Ю. Определение коэффициентов интенсивности напряжений в сварных соединениях металлоконструкций строительных машин с острым непроваром / А.Ю. Шлепетинский, К.П. Манжула // Вестник ПНИПУ. Охрана окружающей среды, транспорт, безопасность жизнедеятельности.-2012. -№1.-С. 160- 167.

Подписано в печать 10.01.2013. Формат 60x84/16. Печать цифровая. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100. Заказ 10167Ь.

Отпечатано с готового оригинал-макета, предоставленного автором, в типографии Издательства Политехнического университета. 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29. Тел.: (812) 550-40-14 Тел./факс: (812)297-57-76

Введение.

Глава 1. Состояние вопроса и основные положения расчетной оценки параметров сопротивления усталости металлоконструкций грузоподъемных и строительных машин с конструктивными непроварами.

1.1. Усталостные разрушения сварных соединений металлоконструкций подъемно-транспортных и строительных машин.

1.2. Анализ методов оценки долговечности сварных соединений с конструктивными непроварами.

1.3. Методика расчета долговечности металлоконструкций грузоподъемных и строительных машин, имеющих непровары в сварных соединениях.

1.3.1. Математическая модель расчета долговечности металлоконструкций с острым непроваром.

1.3.2. Математическая модель расчета долговечности металлоконструкций с притуплённым непроваром.

Глава 2. Оценка напряженно-деформированного состояния в вершине острого непровара.

2.1. Состояние вопроса и задачи исследования.

2.2. Влияние геометрических характеристик на КИН в крестовом сварном соединении при действии продольной нагрузки.

2.3. Влияние геометрических характеристик на КИН в тавровом сварном соединении при действии поперечной нагрузки.

2.4. Оценка НДС в вершине острого непровара в сварных соединениях с угловыми швами при действии комбинации продольной и поперечной нагрузок.

2.4.1. Оценка НДС в вершине острого непровара при действии продольной и поперечной нагрузки в плоской модели.

2.4.2. Оценка НДС в вершине острого непровара при действии продольной и поперечной нагрузки в объемной модели.

2.4.3.Оценка напряженно-деформированного состояния по фронту острого непровара при действии сложного нагружения в объемной модели.

Глава 3. Оценка напряженно-деформированного состояния в вершине притуплённого непровара.

3.1. Анализ известных исследований.

3.1.1. Геометрические концентраторы в крестовых сварных соединениях.

3.1.2. Количественная оценка концентрации напряжений и деформаций.

3.1.3. Зависимости для оценки концентрации напряжений в вершине непровара.

3.2. Численное моделирование растяжения сварного соединения с притуплённым непроваром.

3.2.1. Планирование численного эксперимента и определение основных параметров.

3.2.2. Методика обработки результатов численного эксперимента.

3.3. Результаты численного определения теоретических коэффициентов концентрации и градиентов напряжений при упругом деформировании металла.

3.4. Результаты численного определения коэффициентов концентрации Ке и градиентов Ое при упругопластическом деформировании металла.

3.5. Определение размеров опасных по повреждающему воздействии зон в вершине непровара крестового соединения при растяжении.

Глава 4. Численное и экспериментальное исследование сопротивления усталости и трещиностойкости сварных соединений с непроварами.

4.1. Расчет трещиностойкости и траектории развития трещин в угловых сварных соединениях с острым непроваром.

4.1.1. Скорость роста и траектории развития трещин от непровара в крестовых соединениях при растяжении.

4.1.2. Скорость роста и траектории развития трещин от непровара в крестовых соединениях при поперечной нагрузке.

4.2. Экспериментальные исследования трещиностойкости сварных соединений с непроварами.

4.3. Реализация методики расчета сварных соединений с непроваром в программном комплексе.

4.3.1. Программный комплекс расчета долговечности сварных элементов металлоконструкций грузоподъемных машин

4.3.2. Пример расчета долговечности кронштейна крепления башни строительного крана к зданию.

4.3.3. Пример расчета долговечности сварного элемента главной балки ковочного крана.

Одной из важнейших задач проектирования и изготовления металлоконструкций подъемно-транспортных и строительных машин в условиях экономической конкуренции является обеспечение несущей способности по критериям усталостной прочности, долговечности и трещиностойкости. Усталостное разрушение металлоконструкций подъемно-транспортных, строительных машин, как правило, происходит по сварным швам, которые характеризуются концентрацией напряжений и деформаций в околошовной зоне, действием сварочных остаточных напряжений, наличием конструктивно-технологических непроваров. Наличие в металлоконструкциях непроваров может быть вызвано конструктивной невозможностью полного проплавления корня шва по причине малых габаритов узла, скученности набора свариваемых элементов, а также стремлением уменьшить конечную стоимость машины за счет упрощения ряда технологических процессов сварки. Непровары заложены в стандартах на сварку, например, в нахлесточных соединениях, в угловых швах с отбортовкой, угловых и тавровых односторонних швах.

Вопросам усталости сварных соединений в конструкциях подъемно-транспортных и строительных машин посвящено большое количество исследований, однако изучению образования трещин от непроваров уделено недостаточное внимание. В стандартах и рекомендациях на проектирование металлоконструкций представлены типовые сварные соединения с непроварами, однако влияние геометрических параметров соединения на долговечность в них не рассматривается.

В связи с этим, целью данной работы является разработка методики расчета долговечности и трещиностойкости сварных соединений с конструктивными и технологическими непроварами. Непровар в методике представляется в виде двух расчетных случаев. Острый непровар, когда расстояния между свариваемыми листами образующими непровар настолько малы, что его можно считать готовой трещиной и притуплённый непровар, когда напряженное состояние в вершине непровара описывается коэффициентами концентрации. Практической реализацией методики является развитие существующего программного комплекса расчета усталостной долговечности металлоконструкций в части расчета соединений с непроварами.

В настоящей работе предусматривалось проведение теоретических и экспериментальных исследований. Основу теоретических исследований, направленных на оценку напряженно-деформированного состояния в вершине непровара, составило математическое моделирование, итогом которого является набор зависимостей. При проведении экспериментальных исследований были получены траектории развития трещин и характеристики усталости соединений с разрушением от непровара, которые использовались для сравнения получаемых теоретических результатов.

Содержание работы изложено в четырех главах, структурная схема работы представлена на рис.В. 1.

По результатам исследований на защиту выносятся следующие положения:

1. Методика расчета долговечности сварных соединений с конструктивными непроварами.

2. Расчетные зависимости для оценки коэффициентов интенсивности напряжений в вершине острого непровара.

3. Расчетные зависимости для оценки коэффициентов концентрации и градиентов напряжений и деформаций в упругой и упругопластической областях деформирования в вершине притуплённого непровара.

4. Результаты моделирования траектории и скорости развития трещин, влияние геометрии непровара и соединения на долговечность.

5. Результаты экспериментального исследования соединений с конструктивными непроварами. цель

Методика расчета на усталость металлоконструкций с непроваром

Анализ публикаций, математическая и физическая модель усталостного повреждения теоретическое исследование

Оценка НДС в вершине острого непровара

Зависимости для определения КИН объект исследования

Конструктивно-технологический непровар

Оценка НДС в вершине притуплённого непровара Зависимости для определения коэффициентов концентрации и градиентов в упругой и упругопластической зоне подобъект острый непровар притуплённый непровар

Траектории и скорости развития трещины экспериментальное исследование

Экспериментальное получение реальных траекторий развития трещин, получение усталостных характеристик

Программный комплекс расчета усталостной долговечности а ж ж §

Пример расчета реальной конструкции

Рис.В. 1 .Структура работы

Основные выводы и результаты диссертационной работы сводятся к следующему.

1. Разработана методика оценки сопротивления усталости сварных соединений с непроваром, которая позволяет учитывать различные параметры конструктивно-технологического исполнения соединения и закономерности напряженно-деформированного состояния в вершине непровара.

2. Проведены расчетно-теоретические исследования напряженно-деформированного состояния в вершине острого (трещиноподобного) непровара. Получены расчетные зависимости коэффициентов интенсивности напряжений в вершине острого непровара от длины трещины и геометрических параметров соединения в широком диапазоне рассматриваемых параметров, характерных для металлоконструкций подъемно-транспортных и строительных машин при различных условиях нагружения. Проведенный анализ влияния геометрических параметров показал наибольшее влияние на уровень НДС в вершине размера непровара катета шва и слабое влияние формы шва.

3. Разработана методика объемного моделирования трещиноподобного непровара и определения КИН по фронту трещины. Значения КИН, получаемые по результатам решения на плоских имитационных моделях, имеют завышенные результаты (не более 20%) в сравнении с решениями, получаемыми на объемных моделях, что идет в запас прочности при расчетах долговечности.

4. Проведены расчетно-теоретические исследования напряженно-деформированного состояния в вершине притуплённого непровара. Анализ литературных источников выявил ограниченное число зависимостей для определения теоретических коэффициентов концентрации напряжений и отсутствие зависимостей для оценки градиентов и коэффициентов концентрации деформаций и напряжений в упругопластической области. Получены уравнения для расчета коэффициентов концентрации, градиентов напряжений и деформаций в упругой и упругопластической областях деформирования в зависимости от конструктивного исполнения соединения. Также получены зависимости размеров зоны предразрушения в вершине непровара как функции от параметров нагружения и геометрии соединения. Для угловых по форме соединений сформулированы условия формирования более опасного НДС в вершине непровара и в зоне радиусного перехода от основного металла к наплавленному.

5. Построенные по методике пошагового моделирования траектории трещины от непровара показали совпадающие формы с траекториями, полученными в результате проведения экспериментального исследования. Полученные графические зависимости длины растущей трещины от количества циклов нагружения позволяют рассчитывать остаточного ресурс соединения с учетом геометрической формы и размера соединения.

6. Сравнение усталостных кривых, полученных по результатам численного моделирования и физического эксперимента соединений с острым непроваром показало, что острый непровар (толщиной < 0,5мм) не является готовой макротрещиной. При циклическом нагружении началу роста макротрещины предшествует период предразрушения, составляющий до 10% от общей долговечности в области малоциклового нагружения и до 20% в области многоциклового нагружения. Экспериментальное исследование крестообразного соединения, а также анализ существующих экспериментальных исследований подтверждают достоверность принятых расчетных моделей,

7. Полученные зависимости дополнили программный комплекс расчета усталостной долговечности и трещиностойкости металлоконструкций грузоподъемных машин. С использованием программного комплекса проведен расчет долговечности таврового соединения тяги крепления стационарного башенного крана и главной балки ковочного крана при исполнении соединения с непроваром различной длины и без него. Результат расчета показал, что при тех же эксплуатационных нагрузках наличие непровара длиной не более чем в половину привариваемого листа снижает долговечность не более чем в два раза.

Заключение и основные выводы

В настоящем диссертационном исследовании разработан ряд методических материалов, позволяющих применять математическую модель усталостного повреждения для расчета сварных элементов металлоконструкций подъемно-транспортных и строительных машин с конструктивно-технологическими непроварами. Полученные материалы являются новым научным результатом и направлены на повышения надежности прогнозирования долговечности и остаточного ресурса металлических конструкций подъемно-транспортных и строительных машин.

1. Адлер, Ю.П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий / Ю.П. Адлер, Е.В. Маркова, Ю.В. Грановский. М.: Наука, 1976. -279 с.

2. Бакши, O.A. Влияние геометрии угловых швов на коэффициент концентрации и градиенты напряжений в тавровых соединениях / O.A. Бакши, Н.Л. Зайцев, Л.Б. Шрон // Свароч. пр-во. 1982. - №8. - С. 3-5.

3. Бельчук, Г.А. Сварные соединения в корпусных конструкциях / Г.А. Бельчук. Д.: Судостроение, 1969. - 128 с.

4. Биттибаев, С.М. Методика численного расчета нелинейного J -интеграла для сварных соединений / С.М. Биттибаев, К.Н. Касымбек, A.A. Абилхаир // Вестник КазНТУ. 2007. - №5(62). - С. 109-112.

5. Брандт, 3. Анализ данных. Статистические и вычислительные методы для научных работников и инженеров: Пер. с англ. / З.Брандт. М.: Мир, ООО «Издательство ACT», 2003. - 686 с.

6. ГОСТ 14771-76. Сварка, пайка и термическая резка металлов. Часть 3. Дуговая сварка в защитном газе. Соединения сварные. М.: Изд-во стандартов, 1991. - 49 с.

7. Доронин, C.B. Механика разрушения. Разрушение и дефектность технических систем: учеб. пособие / C.B. Доронин, A.B. Бабушкин. -Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2004. 108 с.

8. Доронин, C.B. Моделирование прочности и разрушения несущих конструкций технических систем / C.B. Доронин, A.M. Лепихин, В.В. Москвичев, Ю.И. Шокин. Новосибирск: Наука, 2005. - 250 с.

9. Иванова, B.C. Природа усталости металлов / B.C. Иванова, В.Ф. Терентьев. М.: Металлургия, 1975. - 456 с.

10. Карзов, Г.П. Физико-механическое моделирование процессов разрушения / Г.П. Карзов, Б.З. Марголин, В.А. Швецова. СПб.: Политехника, 1993.-391 с.

11. Кархин, В.А. Исследование влияния геометрической формы на напряженное состояние и оценка выносливости основных типов сварных соединений: автореф. дис. .канд. техн. наук. / Кархин Виктор Акимович. -Л., 1975. 17с.

12. Кархин, В.А. Коэффициенты концентрации и интенсивности напряжения в сварных соединениях / В.А. Кархин // Труды ЛПИ.- 1988. -№428. С.79-88.

13. Клыков, H.A. Расчет характеристик сопротивления усталости сварных соединений / H.A. Клыков. М.: Машиностроение, 1984. - 157с.

14. Когаев, В.П. Расчет деталей машин и конструкций на прочность и долговечность: справочник / В.П. Когаев, H.A. Махутов, А.П. Гусенков. М.: Машиностроение, 1985. - 224 с.

15. Коцаньда, С. Усталостное растрескивание металлов: Пер. с польск. / С. Коцаньда. М.: Металлургия, 1990. - 623 с.

16. Краны грузоподъемные. Выносливость стальных конструкций. Методы расчета : РТМ 24.090.053-79 / ЦНИИТТЭИтяжмаш. М., 1981. - 20с.

17. Крепление башенного крана КБ-473 к строящемуся зданию. Проектно-технологическая документация: 1047.00.000ПЗ. СПб, 2007. - 12с.

18. Курахара, М. Анализ скоростей распространения усталостных трещин в широком диапазоне значений коэффициента асимметрии цикла / М. Курахара, А. Като, М. Кавахара // ТОИР.ТАОИМ. 1986. - №2. - С.133-141.

19. Манжула К.П. Напряженно-деформированное состояние сварных соединений металлоконструкций со швами на подкладке. Оптимизация параметров строительных и дорожных машин: сб. науч. тр. / Ярославс. политехи, ин-т. Ярославль, 1992. - С. 89-94.

20. Манжула, К.П. Об использовании кривых Френча при прогнозировании циклической долговечности / К.П. Манжула // Проблемы прочности. 2005. - №1. - С.88-95

21. Манжула, К.П. Параметры зон усталостного повреждения в соединениях с угловыми швами при растяжении-сжатии / К.П. Манжула // Известия ТулГУ. Вып. 4: Подъемно-транспортные машины и оборудование. - Тула: Изд-во ТулГУ. - 2003. - С. 207-212.

22. Манжула, К.П. Прочность и долговечность конструкций при переменных нагрузках: учеб. пособие. / К.П. Манжула, С.В. Петинов. СПб.: Изд-во СПбГТУ, 2001. - 76с.

23. Манжула, К.П. Теория и методы расчета сопротивления усталости металлических конструкций грузоподъемных машин: дис. . д-ра техн. наук: 05.05.05 / Манжула Константин Павлович. СПб., 1997. - 356с.

24. Манжула, К.П. Об изменении предела выносливости металла в зоне термического влияния сварных соединений стали 09Г2С / К.П. Манжула, В.Н. Юшкевич, В.Г. Васильев, В.А. Довженко, Ю.Б. Малевский // Автоматическая сварка. 1982. - № 2. - С. 48-50.

25. Махненко, В.И. Влияние остаточных напряжений на распространение усталостных трещин в элементах сварных конструкций / В.И. Махненко // Автоматическая сварка. 1979. - №4. - С. 1-3.

26. Методы расчета циклической прочности сварных соединений / А.В.Ильин, Г.П. Карзов, В.П. Леонов и др. Л.:ЛДНТП. - 1983. - 32с.

27. Механика разрушения и прочность металлов. Справочное пособие: в 4 т./ Под общ. ред. Панасюка В.В. Киев: Наук, думка, 1988-1990. - 4 т.:

28. Усталость и циклическая трещиностойкость конструкционных материалов/ Романив О.Н., Ярема С.Я., Никифорчин Г.Н. и др. -1990. 680 с.

29. Михеев, В.М. Экспериментально-расчетный метод оценки циклической трещиностойкости сварных соединений с учетом полей остаточных сварочных напряжений / В.М. Михеев, В.В. Кныш // Физ.-хим. механика материалов. 1992. - №2. - С. 16-20.

30. Морозов, Е.М. ANS YS в руках инженера: Механика разрушения / Е.М. Морозов, А.Ю. Муйземнек, A.C. Шадский. М/.ЛЕНАНД, 2008. - 456 с.

31. Мураками, Ю. Справочник по коэффициентам интенсивности напряжений: в 2 т. / Под ред. Ю.Мураками. М.: Мир, 1990. - 1016с.

32. Пестриков, В.М. Механика разрушения твердых тел: курс лекций / В.М. Пестриков, Е.М. Морозов. СПб.: Профессия, 2002. - 320 с.

33. Петинов, C.B. Основы инженерных расчетов усталости судовых конструкций / C.B. Петинов. JL: Судостроение. 1990.- 224с.

34. Плескунин, В.И. Теоретические основы организации и анализа выборочных данных в эксперименте / В.И. Плескунин, Е.Д. Воронина. Л.: Изд-во Ленинградского университета, 1979. - 232 с.

35. Полуавтоматическая сварка в защитных газах нефтехимической аппаратуры из углеродистых и низколегированных сталей : РД 26-17-051-85: ввод, в действие с 01.01.86. Волгоград: ВНИИПТхимнефтеаппаратуры, 1985.

36. Прокат листовой горячекатаный: Сертификат качества №110-4788. -Магнитогорск: ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат», 2011. -2с.

37. Прочность сварных соединений при переменных нагрузках / Под ред. В.И. Труфякова. Киев: Наук, думка, 1990. - 256 с.

38. Разработка программного комплекса расчета усталостной долговечности металлоконструкций кранов пролетного типа: отчет о результатах выполнения проекта на конкурс грантов / Курапова Е.В. -СПб.:СПбГПУ, 2012. 25с.

39. Соколов, С.А. Методологические основы прогнозирования долговечности металлических конструкций грузоподъемных машин : автореф. дис. . д-ра техн. наук: 05.05.05/ Соколов Сергей Алексеевич. СПб., 1995. -32с.

40. Сухарев, И.П. Исследование деформаций и напряжений методом муаровых полос / И.П. Сухарев, Б.Н. Ушаков. М.: Машиностроение, 1969. -208 с.

41. Трощенко, В.Т. Сопротивление усталости металлов и сплавов: справочник / В.Т. Трощенко, Л.А. Сосновский. Киев: Наук, думка, 1987. -1303 с.

42. Хвостов, А.Е. Трещиностойкость и остаточный ресурс конструкций с начальными конструктивными и технологическими дефектами: дис. . магистр техники и технологии : 551800 / А.Е. Хвостов. СПб.: СПбГПУ, 2003. -94с.

43. Шрон, Л.Б. Влияние геометрических параметров сварного соединения на коэффициент концентрации и градиент напряжений / Л.Б. Шрон // Труды Челябинского политехи, ин-та. 1981. - №226. - С.39-46.

44. Штейнцайг, Л.К. Механические свойства металла зоны термического влияния сварных соединений стали 10ХСНД при статическом и циклическом нагружениях / Л.К. Штейнцайг, К.П. Манжула // ЛПИ : деп. в ЦНИИТЭИтяжмаш 31.07.90, № 635тм-90Деп. Л., 1990.- 19 с.

45. Юшкевич, В.Н. Теория и методы расчета характеристик сопротивления усталости элементов стальных конструкций кранов / В.Н. Юшкевич. Л.: ЛПИД988. - 681с.

46. Ярджоян, Д.А. Оценка долговечности сварных конструкций с технологическими непроварами: дис. . магистр техники и технологии : 551800 /Д.А. Ярджоян. СПб.: СПбГПУ, 2011. - 95с.

47. Al-Mukhtar, A. The safety analysis concept of welded components under cyclic loads using fracture mechanics method: Doctoral Thesis / A. Al-Mukhtar. -Germany: Technische Universität Bergakademie Freiberg, 2010. 219 p.

48. Americas 311-385 HEX Dealer Quality Communication Электронный ресурс. //America's HEX TC Meeting: материалы семинара, 6 апр. 2010г./ Систем, требования: PowerPoint. URL: https://kn.cat.com (дата обращения: 21.09.2011)

49. ANSI AWS Dl.l/Dl.1M:2004 Structural Welding Code Steel-American Welding Society.- Florida, 2004.- P.541

50. Barsoum, Z. Prediction of welding residual stresses by simplified approaches / Z.Barsoum //Proceeding of the Swedish Conference on Light Weight Optimised Welded Structures, March 24-25, 2010, Borlänge, Sweden.

51. Barsoum, Z. Residual Stress Analysis and Fatigue Assessment of Welded Steel Structures: Doctoral Thesis / Z.Barsoum. Stockholm: KTH, 2008. - 151 p.

52. Barsoum, Z. Residual stress effects on fatigue life of welded structures using LEFM / Z.Barsoum, I.Barsoum // Engineering Failure Analysis. 2009.-V.16 - P.449-467

53. Barsoum, Z. Simplified FE welding simulation of fillet welds: 3D effects on the formation residual stresses / Z.Barsoum, A.Lundback // Engineering Failure Analysis. 2009.- V. 16,- P.2281 -2289

54. Beden, S. Review of Fatigue Crack Propagation Models for Metallic Components / S.Beden, S.Abdullah, A.Ariffm // European Journal of Scientific Research. 2009. - V.28. - №3. - P.364-397

55. Bhimani A., Soderberg E. Quay Crane Accidents Lessons and Prevention Электронный ресурс. // TOC Americas 2008, Long Beach, СА/ Систем, требования: Adobe Reader. URL: http://www.liftech.net (дата обращения: 10.10.2011)

56. DNV-RP-C203. Fatigue Design of Offshore Steel Structures: Recommended practice // Det Norske Veritas. Norway, 2011. - 142 p.

57. EN 1993-1-9 Eurocode 3: Design of steel structures. Part 1.9: Fatigue // European Committee for Standardisation. Brussels, 2004. -31 p.

58. Frank, K.H. The fatigue strength of fillet welded connections: Ph.D. Thesis / K.H.Frank. Lehigh University, 1979.

59. Hobbacher, A. Recommendations for Fatigue Design of Welded Joints and Components / A. Hobbacher // International Institute of Welding doc. XIII-2151r4-07 / XV-1254r4-07. Paris, 2008. - 149 p.

60. Hobbacher, A. Stress intensity factors of welded joints / A. Hobbacher // Eng. Fract. Mech. 1993. - V.46. - № 9. - P. 173-82.

61. Kim, W.S. Fatigue Test Of Load Carrying Box Fillet Weldment / W.S. Kim. Hyundai Heavy Industries Co., Ltd., 2000.

62. Kainuma, S. A study on fatigue crack initiation point of load-carrying fillet welded cruciform joints / S.Kainuma, T. Mori // International Journal of Fatigue. -2008. V.30. - №9. - p. 1669 - 1677

63. Lawrence, F.V. Predicting the fatigue resistance of weld / F.V.Lawrence, N.J.Ho, P.K. Mazumdar // Ann. Rev. Mater. Sci. 1981. - №11. - P.401-425.

64. Maddox, S. Fatigue strength of welded structures / S. Maddox. -Cambridge: Abington Publishers, 1991. 208 p.

65. Martinsson, J. Automatic 3D crack propagation in complex welded structures: conference paper / J. Martinsson // The 15th European Conference of Fracture.- 2004

66. Mettu, S. NASGRO 3.0: A Software for Analyzing Aging Aircraft: conference paper / S.Mettu, V.Shivakumar, J.Beek, F.Yeh, L.Williams, R.Forman, J.McMahon, J.Newman // The Second Joint NASA/FAA/DoD Conference on Aging Aircraft. 1999. - p.792-801

67. Miranda, A.C.O. Fatigue Life Prediction of Complex 2D Components under Mixed-Mode Variable Loading / A.C.O.Miranda, M.A.Meggiolaro, J.T.P.Castro, L.F.Martha // International J. of Fatigue. 2003. - V.25. - p. 11571167

68. Motarjemi, A. Comparison of fatigue life for T and cruciform welded joints with different combinations of geometrical parameters / A.Motarjemi, A.H.Kokabi, F.M. Burdekin // Engineering Fracture Mechanics. 2000. - V.67. - p. 313-328

69. Noblett, J. E. A stress intensity factor solution for root defects in fillet and partialpenetration welds: TWI Research Report 575/1996 / J.E. Noblett, R. A. Andrews. UK, Cambridge: TWI, 1996.

70. Pahkamaa, A. A new welding modeling approach in simulation driven design: Master's thesis / A.Pahkamaa, J.Pavasson. Sweden: Lulea University of Technology, 2009. - 93p.

71. PD 6493. Guidance on Methods for Assessing the Acceptability of Flaws in Fusion Welded Structures. Appendix J:29. London: British Standard Institution, 1997.

72. Pilkey, Walter D. Peterson's stress concentration factors / Walter D.Pilkey. -NY.: John Wiley &Sons, Inc., 1997. 524 p.

73. Qiun, J. Fatigue crack growth under mixed-mode I and II loading / J. Qiun, A. Fatemi // Fatigue and Fracture of Engineering Materials and Structures. 1996. -V.19. - №10. - p. 1277-1284

74. Radaj, D. Local fatigue strength parameters for welded joints based on strain energy density with inclusion of small-size notches / D. Radaj, F. Berto, P. Lazzarin // Engineering Fracture Mechanics. 2009. - V.76. - p. 1109-1130

75. Radaj, D. Fatigue assessment of welded joints by local approaches / D.Radaj, C.Sonsino, W.Fricke. England: Woodhead Publishing Limited, 2006. -660 p.

76. Release 10.0 Documentation for ANSYS//3neiapoHHaH биб-ка Help./ Ansys, Inc., 2005. URL: http://www.ansys.com (дата обращения: 20.12.2011).

77. Richard, H.A. Theoretical crack path prediction / H.A. Richard, M.Fulland, M.Sander // Fatigue Fract. Engng Mater. Struct. 2005. - V.28. - p. 312.

78. Sumi, Y. Morphological aspects of fatigue crack propagation. Part II -Effects of stress biaxiality and welding residual stress / Y.Sumi, Chen Yang, Z.Wang // International Journal of Fracture. 1996. - №82. - p.221-235

79. Taylor, B. Metallography of Welds: application note / B.Taylor, A.Guesnier. Copenhagen: Struers A/S, 2008. - 8 p.

80. Tower Crane Accidents Электронный ресурс. // URL: http://towercraneaccidents.blogspot.com (дата обращения: 28.08.2012)

81. Zhihai Xiang A simulation of fatigue crack propagation in a welded T-joint using 3D boundary element method / Zhihai Xiang, Seng Tjhen Lie, Bo Wang, Zhangzhi Cen // International Journal of Pressure Vessels and Piping. 2003. -№80. - p. 111-120