автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Рациональные конструктивно-технологические формы элементов усиления листовых конструкций

Новосибирский Государственный Архитектурно-строительный университет (Сибстрин)

На правах рукописи

Мельников Дмитрий Сергеевич

Рациональные конструктивно-технологические формы элементов усиления листовых конструкций

Специальность 05.23.01 -Строительные конструкции, здания и сооружения

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новосибирск - 2005

Работа выполнена в Новосибирском Государственном

Архитектурно-Строительном университете (Сибстрин)

доктор технических наук, профессор Шафрай С. Д.

доктор технических наук, профессор Казарновский В. С.

кандидат технических наук Катюшин В. В.

Ведущая организация: СибЗНИИЭП, г. Новосибирск

Защита состоится 15 марта 2005 г. на заседании диссертационного совета Д 2/2.171.01 в Новосибирском Государственном Архитектурно-Строительном университете (Сибстрин), по адресу: 630008, г. Новосибирск, ул. Ленинградская 113, аудитории 239 в 14.00

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НГАСУ (Сибстин)

Автореферат разослан ««■?#» гУ^т^апс^ 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор техн. наук.

2

Научный руководитель

Официальные оппоненты:

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Тема определяется требованиями продления срока службы стальных листовых конструкций, подверженных воздействию циклических, динамических воздействий и низких температур. В современных экономических условиях остро стоит проблема обеспечения безопасности эксплуатации промышленных объектов. В этой связи потенциально опасными считаются листовые конструкции, испытывающие значительные растягивающие напряжения, такие как: резервуары, газгольдеры, кожухи доменных печей и атомных реакторов, пролетные строения трубчатых кранов перегружателей. Первые дефекты и разрушения в виде усталостных и хрупких трещин могут появляться в этих конструкциях после 3-5 лет эксплуатации. Таким образом, вопросы ремонта и усиления листовых металлоконструкций выглядят наиболее актуально. Особенно следует остановиться на проблеме разрушения стержневых, плоских и объемных элементов с точки зрения механики разрушения. Здесь основным фактором является непосредственно трещина, которая по своим размерам сопоставима с размерами разрушаемого элемента, что, в конечном счете, переводит стержневые элементы в разряд плоских и объемных при условии сопоставимости размеров. Существующие методики и рекомендации не в полной мере охватывают спектр используемых способов усиления и не позволяют производить оценку их эффективности еще на этапе проектирования. Здесь важно отметить, что некоторые из методов усиления не только не снижают отрицательное действие дефектов, но в некоторых случаях даже увеличивают напряженное состояние в узлах установки усиливающих элементов, что может приводить к разрушениям.

Выбор темы диссертационной работы связан с необходимостью детального изучения некоторых из этих способов и выработки рекомендаций по их применению.

Целью работы является систематизация известных и детальная проработка рациональных конструктивно-технологических форм элементов листовых конструкций, препятствующих развитию повреждений в виде усталостных трещин. На пути достижения главной поставленной цели намечено решение следующих задач:

1. Выполнить анализ дефектов и разрушений листовых конструкций с учетом характера их работы и предложить наиболее эффективные методы предотвращения разрушения.

2. Произвести расчетно-теоретический анализ напряженно-деформированного состояния в узлах усиления листовых конструкций при помощи стрингеров на сварке.

3. Теоретически оценить напряженно-деформированное состояние в узлах усиления листовых конструкций при вариации геометрических параметров усиливающих элементов с точки зрения минимизации коэффициента концентрации.

4. Экспериментально исследовать работу фрикционных соединений на высокопрочных болтах как способ предотвращения разрушения.

5. Разработать методы и рекомендации по применению исследуемых типов усилений.

На защиту выносятся:

1. Анализ отказов листовых конструкций с хрупким и усталостным разрушением.

2. Результаты оценки напряженно-деформированного состояния листовой конструкции на примере крана-перегружателя трубчато-балочного типа и узлов его усиления, а также экспериментальные зависимости скорости роста усталостных трещин в реальных конструкциях.

3. Определение напряженно-деформированного состояния в узлах усиления листовых конструкций с прогнозированием развития хрупкого, вязкого и усталостного разрушений.

4. Экспериментальное исследование несущей способности и де-формативности фрикционных соединений на высокопрочных болтах с применением клеевого и корундового наполнителя.

5. Методика определения зон контакта в фрикционных соединениях после их разрушения методом сканирования поверхности контакта и построение расчетной модели.

6. Экспериментальная оценка способа торможения усталостной трещины методом установки в ее устье стягивающей накладки на высокопрочном болте.

7. Рекомендации по оценке и применению исследуемых методов усиления листовых конструкций с учетом расчета на хрупкую и усталостную прочность.

Научная новизна. Теоретически обоснована и практически разработана оптимальная форма усиления листовых элементов с трещинопо-добными дефектами с помощью вертикальных листовых элементов на сварке и фрикционными соединениями на высокопрочных болтах. Определены оптимальные геометрические параметры этих элементов с точки зрения минимизации концентрации напряжений.

Установлено, что в узлах усиления стальных листовых конструкций может возникать объемно-деформированное состояние знакопеременного характера, способствующее возникновению как хрупкого, так и усталостного разрушения.

Получены оптимальные размеры фракций корундового наполнителя в соединениях на высокопрочных болтах. Оценена работоспособность таких соединений для сдерживания роста усталостных трещин.

Предложен и реализован новый способ подсчета площади контактных поверхностей в фрикционных соединениях на высокопрочных болтах.

Практическая ценность. На основе проведенных в работе теоретических и экспериментальных исследований разработаны методы декон-центрации напряжений в узлах усиления листовых конструкций и остановки трещин. Предложены методики расчета конструктивных элементов, обеспечивающих передачу силового потока через «энергетический мостик».

Реализация исследований. Результаты исследований внедрены в институте ГПИ "Сибпроектстальконструкция" (г. Новокузнецк) и использованы при усилении реальных кранов-перегружателей трубчато-балочного исполнения, установленных на рудном дворе ООО «Кузнецкий ГОК» в 1999 году.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены на 54-58-ой научных конференциях НГАСУ, Новосибирск 1997-2001 г.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Общий объем 300 страниц, в число которых входит: машинописного текста - 140 страниц, рисунков - 95 страниц, таблиц - 52 страниц, библиографический список 195 наименований.

Содержание работы. Во введении обоснована необходимость изучения вопроса проведения мероприятий по ремонту листовых металлоконструкций, подверженных циклическому, динамическому и низкотемпературному воздействию, с точки зрения снижения концентрации напряжений в узлах их усиления.

Первый раздел посвящен анализу проблемы усиления сварных листовых конструкций, подверженных циклическим, динамическим нагрузкам и эксплуатируемых при низких температурах. Осуществлен аналитический обзор современных теорий хрупкой прочности стальных элементов. Здесь отмечена первостепенная роль работ российских и зарубежных ученых: А.Ф. Иоффе, Н.Н. Давиденкова, Я.Б. Фридмана, Г.В. Ужика, Е.М. Шевандина, Л.А. Копельмана, В.А. Балдина, СВ. Серенсена, А. Гриффитса, С.Д. Шафрая, B.C. Ивановой и др. Теоретические основы прочности конструкций, подверженных воздействию низких температур, связаны с работами: СВ. Серенсена, В.П. Когаева, А.П. Гусенкова, B.C. Ивановой, В.Т. Трощенко, В.Х. Мюнзе, Ф.Р. Шенли, В. Вейбулла. Первоочередная роль в оценке циклической прочности сварных конструкций отведена работам Е.О. Патона,

И.В. Кудрявцева, Н.О. Окерблома, Д.И. Навроцкого, В.И. Труфякова,

A.П. Махова, B.C. Казарновского, Н.А. Махутова.

Классифицированы факторы, приводящие к возникновению хрупких и усталостных разрушений в стальных конструкциях. На основе анализа установлено, что наибольшее число разрушений конструкций происходит по причинам, связанным с плохим проектированием и изготовлением. Как правило, такие дефекты дают о себе знать после непродолжительного времени эксплуатации объекта и, зачастую, требуют проведения ремонтных мероприятий уже на ранних стадиях жизни конструкций.

Отмечено, что наиболее характерной особенностью всех конструктивных дефектов является наличие концентрации напряжений в элементах конструкции, вызываемой различного рода выточками, надрезами, отверстиями, уступами и прочими резкими изменениями формы. Основные исследования по проблеме концентрации напряжений в сварных конструкциях проводились В.И. Труфяковым, В.А. Кархиным,

B.И. Стакановым, В.И. Костылевым, К.М. Гумеровым и др. Исследования по оценке теоретического коэффициента концентрации напряжений, обусловленного геометрией самого элемента связаны с трудами Г. Нейбера, Р. Петерсона, Г.Н. Савина, В.И. Тульчего. Сведения, приведенные в ряде нормативных документов о концентрации напряжений в типовых элементах, как правило, не обладают исчерпывающей информацией об условных расчетных параметрах и граничных условиях для той или иной конструктивной формы.

В заключении главы формулируются задачи исследования по снижению концентрации напряжений в узлах усилений листовых конструкций.

Во втором разделе анализируются характерные отказы и разрушения, наблюдаемые в листовых металлоконструкциях резервуаров, доменных печей, воздухонагревателей и кранов-перегружателей трубчато-балочного типа. Отмечено, что наибольшее число дефектов и разрушений обнаружено в элементах конструкций, подверженных циклическим и динамическим нагрузкам, примером таких листовых конструкций служат краны-перегружатели трубчато-балочного типа.

В результате натурных исследований выявлены характерные зоны их появления. Для этого исследована работа конструкции в целом, и отдельных ее элементов. Вследствие жесткого сопряжения ригелей портальных рам с несущей трубчатой балкой пролетного строения при передвижении грейферной тележки на консоли происходит продольное перемещение моста крана и изгиб ригелей и диафрагм из плоскости. В зонах пересечения ригелей и трубы непровары швов и местные концен-

трации напряжений усиливаются изгибами листовых элементов из плоскости, тем самым, снижая их усталостный ресурс. Особенностью таких конструкций является неудачно выбранная конструктивная форма ряда элементов. В значительной степени это касается зон сопряжения трубы с ригелями опор, а также ездовых конструкций. Причинами появления особо опасных трещин в трубе являются дефекты сварных швов и высокий уровень концентрации напряжений в зонах пересечения листовых элементов.

В работе, наряду с анализом напряженного состояния отдельных конструктивных элементов крана-перегружателя, приведены сведения об относительных деформациях всей конструктивной схемы в основных режимах его работы. Детально рассмотрено, непосредственно на объекте, развитие усталостных трещин в узле усиления обечайки трубы пролетного строения крана-перегружателя трубчато-балочного типа, в ходе которого оценивалась скорость роста усталостных трещин и величина их раскрытия.

В заключении раздела представлена классификация способов усиления листовых металлических конструкций и рассмотрены критерии оценки эффективности применяемых методов усиления. На основании принятой классификации автором выполнена систематизация известных способов усиления, и проведена оценка их эффективности по принятым критериям. Проведенный анализ различных способов усиления листовых конструкций указывает на то, что одними из наиболее часто применяемых способов их усиления являются способы, связанные с установкой дополнительных элементов, обеспечивающих передачу рабочих напряжений через участок с дефектом, образуя «энергетические мостики». Вместе с тем, в зонах установки элементов усиления может возникать объемное напряженное состояние и концентрация напряжений, что создает определенные трудности для их применения. Таким образом, автором приняты в качестве объектов исследования способы усиления, связанные с установкой дополнительных элементов передачи усилий («энергетических мостиков»).

Третий раздел посвящен исследованию напряженно-деформированного состояния в узлах усиления листовых конструкций в зонах ортогонального сопряжения сварных листовых элементов при помощи программных комплексов Algor и Cosmos/M, реализующих метод конечных элементов на базе персональных компьютеров. В работе сформулированы основные задачи исследования:

1. Расчет полей напряжений в упругой стадии работы материала для узла усиления оболочки при помощи вертикальных ребер с вариациями следующих параметров и конструктивных особенностей (рис. 1):

а) отношение ширины элементов Ь к их толщине / может принимать значения от 3 до 30;

б) значения величин скосов пластины для конструктивной формы в виде вертикального ребра усиления определено величиной отношения с/Ъ= {0,0.5,1,2,3,5};

в) отношение длины ребра усиления а к его высоте И принимает значения а/Ъ = {1,1.5,2,4};

г) величина скосов в тавровом сопряжении листовых элементов варьируется в пределах от 0 до 5;

д) величина радиуса сварного шва, выведенного на торец вертикально ребра в тавровом сопряжении листовых элементов.

2. Определение зависимости от перечисленных в п. 1 геометрических параметров следующих величин:

а) коэффициентов концентрации напряжений

б) коэффициент стеснения пластических деформаций и размеров зон стеснения пластических деформаций:

К,= ■ 1 (1)

>5((1 - 77,)2 +(1 - 772)2 +(7?2-77,)2)

где 7, =<т2/о-|; % = ;

в)значение и распределение отношения плотности энергии дилата-ции И^д к плотности полной энергии разрушаемого объема

где Жф - удельная энергия формообразования. Обычно при Кп<0.5 происходит вязкое разрушение, при К* =0.5... 1 - разрушение хрупкое;

г) общие закономерности распределения главных нормальных напряжений <7/, (¡2 И аз.

3. Оценить разгружающее действие элементов усиления при их различных геометрических параметрах (см. п. 1).

Расчетный анализ осуществлялся с применением конечных элементов призматической формы. Призматические конечные элементы позволили построить сеть, которая в местах наибольших градиентов напряжений сгущалась. Величина нагрузки подбиралась из условия равенства номинальных растягивающих напряжений 2100 кг/см2 в поперечном сечении основного листового элемента вне зоны концентрации на-

пряжений В расчетных моделях влияние геометрии сварного шва не учитывалось

Рисунок 1 Общий вид расчетных моделей

На основании расчета методом конечных элементов получена картина напряженно-деформированного состояния узлов листовых конструкций, что позволило проанализировать величины коэффициентов концентрации напряжений. В таблице 1 приведены аналитические зависимости и коэффициенты, полученные в результате аппроксимации значений коэффициентов концентрации, в зависимости от соотношения различных геометрических параметров.

Проведено исследование влияния отношения ширины усиливаемого листа к высоте усиливающего ребра Ат/А на коэффициент концентрации в узле 1. Величина коэффициента концентрации у крайних и средних ребер отличается не более чем на 5%.

Использование скосов в вертикальном ребре, определяемых величиной параметра с/Л, приводит к снижению значения коэффициента концентрации более чем в 3 раза, по мере увеличения величины от О до 5.

Отмечена высокая степень концентрации напряжений в двутавровом узле сопряжения элементов (узел 3 на рис 1). Изменение отношения значительно сказывается на коэффициенте При этом оптимальное значение коэффициента а„ получено при а/И^2.

Изучалась возможность снижения коэффициента концентрации за счет плавного перехода от одного элемента к другому, который осуществлялся путем устройства скосов по ширине пластин на угол с соотношением сторон катетов \-2(Л/(Ь-1) в зоне сопряжения (рис 1, узелЗ). Расчеты показали, что этот конструктивный прием позволяет снизить концентрацию напряжений в узле 3 более чем в 2 раза.

Таблица 1. Зависимости коэффициента концентрации напряжений а„ от основных геометрических параметров расчетной модели соединения

«р II Узел 3 с/ = 0 Я = 0 а/И 1 1.5 2 4

X 3.535 2.934 2,861 3.049

У 0.382 0.412 0.417 0.403

Узел 2 X 3.092 2.568 2.351 1.972

У 0.164 0.199 0.215 0.244

УзелЗ а/А - 2 Д = 0 2 ¿/(Ь-О 1 3 5

X 2.941 3.282 3.037

У 0.365 0,223 0,197

аа=х(А2/АУ Узел 1 с/И 0 3

X 2.154 1.533

У 0.233 0.11

= х(И/1 )у с/И 0 0.5 1 2 3 5

X 1.622 1.728 1.622 1.456 1.351 1.381

У 0.253 0.192 0.188 0.135 0.1 0.041

а„= 1811,8х5 - 3360,8*4 + 2288,4х3 - 677,4*2 + 67,4х + 8,8 х = Л/г /г// = 15

В качестве возможного примера снижения концентрации напряжений за счет технологических приемов приведен пример расчета узла 3 с возможностью устройства сварного шва, выведенного на торец вертикального элемента. Здесь наблюдается сложная степенная зависимость коэффициента концентрации напряжений от отношения радиуса закругления к толщине горизонтального элемента.

По результатам расчетов тензоров напряжений были построены изолинии величин К, и К„ (формулы 1 и 2) для узлов 2 и 3 (рис. 2). Внутри изолинии, где К,>1.15, существует объемное напряженное состояние материала, что способствует возникновению хрупких трещин. Изолинией К„=0.5 ограничена область, внутри которой К„,>0.5. Как видно из рисунка 2, в обоих узлах имеется две зоны с такими изолиниями, где существует опасность возникновения хрупкого разлома. Обе зоны располагаются в местах резкого перехода от одного элемента к другому. Размер области Кк по толщине составляет 0.21. Здесь максимальные значения К№тах=0.54', К1тах=1.59. Другая зона расположена в теле горизонтального листа. Максимальное значение для этой зоны Здесь зона с отсутствует. Вместе с тем в

непосредственной близости у этих концентраторов существуют зоны, где коэффициент стеснения пластических деформаций составляет на расстоянии 3 мм от концентратора напряжений. Наличие таких зон у

концентраторов напряжений будет способствовать развитию усталостного разрушения при циклической нагрузке.

Рисунок 2. Изолинии значений коэффициентов К, И Кк: а) в узле 2, (рис.1); б) в узле 3, (рис.1.) Указаны максимальные значения этих коэффициентов для расчетной модели при ЬЛ=3, а/Ъ=1 Исследование картины напряженного состояния у концентратора напряжений выявило, что распределение поперечных напряжений носит затухающий и знакопеременный характер и для узла 3 может быть описано выражением общего вида:

где - расстояние от концентратора напряжений в направлении действия усилия. Все коэффициенты С/, С;, С), С4, я и и в представленной зависимости определены в результате обработки полученный расчетных данных по методу нелинейной регрессии.

Оценивалось разгружающее действие элементов усиления на конструкцию в зависимости от отношения различных геометрических параметров моделей для узла 1 (рис. 1). Во внимание принимались максимальные напряжения на усиливаемой пластине в зоне разгружающего действия элементов усиления, как со стороны установки вертикальных ребер, так и с противоположной стороны.

Анализируя зависимость напряжений 07 на крайних фибрах усиливаемого элемента от отношения длины отсека к высоте усиливающего ребра можно сделать вывод, что напряжения при принимали

постоянные значения. С внешней и внутренней стороны усиливаемого элемента они составляли соответственно 84% и 66% от номинальных напряжений.

При рассмотрении моделей с различным отношением b/h, как и ожидалось, наименьшие напряжения на крайних фибрах усиливаемого элемента будут возникать при наименьшем расстоянии между вертикальными ребрами. Линейная часть графиков при b/h>8 свидетельствует о снижении влияния расстояния между вертикальными ребрами на общую картину напряженно-деформированного состояния. А локальный максимум значений растягивающих напряжений в диапазоне значений 2<b/h<8 указывает на переход конструкции от режима работы по теории плоских сечений в режим объемной деформации. Рассматривались серии расчетных моделей с варьируемым отношением По мере роста отношения h/t наблюдалось снижение продольных напряжений ff/ на внешней стороне на 4% , а на внутренней стороне в зоне разгрузки их увеличение на ] 3% по отношению к номинальным напряжениям.

В работе осуществлен анализ напряженного состояния с учетом билинейной работы материала в узле 3 (рис. 1) в зоне сопряжения ортогональных листовых элементов. При этом ставились следующие задачи исследования:

а) оценка изменения величины коэффициента в упругой, упруго-пластической и пластической стадии работы материала;

б) определение характера распределения величин главных нормальных напряжений и напряжений у концентратора напряжения;

в) выявление закономерностей изменения значений коэффициента К, и прогнозирование характера вязкого или хрупкого разрушения у концентратора напряжения при увеличении номинальных напряжений и развитии пластических деформаций.

Для решения поставленных задач был проведен эксперимент на конечно-элементной математической модели с использованием программного комплекса COSMOS/M. В качестве расчетной схемы была принята модель узла 3 (рис. 1), составленная из конечных элементов, представляющих собой прямоугольные элементарные параллелепипеды. Расчет соединения проводился с учетом нелинейной работы материала, при этом зависимости между напряжениями и деформациями задавались билинейными соотношениями, а в качестве материала использовалась сталь класса С345: в упругой стадии работы стали а=Е-е (0<<ту<350МПа); в пластической стадии работы стали a~Ef£ (ау> 350 МПа), где Е = 2,МО4 кН/см2; £>=6,5-1 (Г кН/см2 ; шаг приращения номинальных напряжений был не более 1.4% от максимальных значений.

2.2-

2.01.81.61.4-

Рисунок 3. Распределение главных нормальных напряжений Сь (¡2, коэффициентов концентрации напряжений а„ и стеснения пластической деформации К, в зависимости от номинальных напряжений в упругой (I), упругопластической (II) и пластической (III) стадиях работы материала

В упругопластической стадии работы материала (зона II, рис. 3) коэффициент а„ имеет значительное снижение значений с 5.2 до 3.4 вследствие развития пластических деформаций, но при этом растут главные напряжения О}. При этом наблюдается незначительное снижение отношения До^йоноч в среднем на 10%, и п о в ы ш Ао^игад о 2-х раз по сравнению с упругой стадией работы. В пластической стадии работы (зона III) происходит снижение отношения Да/АОми на 16% и ДаУДсГнои на 12% вследствие развития пластических деформаций. В дальнейшем при повышении номинальных напряжений ,>105МПа происходит линейное увеличение главных напряжений по эквидистантным зависимостям.

В упругопластической стадии работы происходит резкое повышение коэффициента стеснения пластической деформации с 1,65 до 2,4. В этой стадии вероятность появления хрупких трещин будет возрастать вместе с увеличением значения а также с расширением зоны их критических значений в 4-5 раз по сравнению с упругой стадией работы.

Графики распределения напряжений ах (вдоль силового потока) в зоне концентрации напряжений по плоскости (Х0У) в пластической ста-

дии имеют два пика максимальных напряжений, и убывают по мере удаления от концентратора. При этом между пиками образуется локальная зона уравновешивающих сжимающих напряжений Оу И Таким образом, у концентратора напряжений имеются благоприятные предпосылки для зарождения хрупкой трещины, особенно при переходе материала в пластическую стадию работы.

В циклически нагруженных конструкциях при усилении зачастую применяют, наряду со сварными элементами, передающими усилия (энергетическими мостиками), элементы, установленные на высокопрочных болтах (ВПБ). Имеющийся опыт применения ВПБ для остановки роста усталостных трещин в конструкциях нуждается в теоретической проработке и экспериментальном исследовании.

В четвертом разделе представлены результаты экспериментального исследования оценки несущей способности соединений на ВПБ, применяемых при усилении конструкций. В соответствии с целью данной работы поставлены задачи эксперимента:

а) экспериментально проверить несущую способность соединений на ВПБ без и с применением корундового наполнителя и выбрать рациональную фракцию корунда;

б) определение формы деформированного состояния образцов при стяжке высокопрочными болтами и площади контактных поверхностей стягиваемых деталей;

в) выявить взаимосвязи между контактными напряжениями стяжки пакета и сдвигающими напряжениями, а также размером фракции корундового наполнителя и несущей способности соединения;

г) на основе экспериментальных данных выработать расчетную методику оценки концентрации напряжений у туго затянутых отверстий при помощи метода конечных элементов.

Для проверки несущей способности соединений на ВПБ были изготовлены образцы аналогичные, образцам Княжева-Чеснокова (рис. 4). Во время сборки замерялись деформации пакетов соединяемых пластин. Замеры производились на расстоянии 75 и 175 мм от центра болта. Измерение расхождения пластин при сборке производилось с шагом угла поворота гайки 15°. Контроль натяжения высокопрочных болтов производился по углу закручивания.

По результатам замеров, углы расхождения концов пластин при сборке составили 0.015°±0.005° в соединении без корундового наполнителя и 0.075°±0.025° в соединениях с корундовым наполнителем. Размер контактной зоны в фрикционном соединении составил 50±5мм.

Рисунок 4. Общий вид модели испытания с различными композитами: а) клеевой или корундовый слой; б) корундовый слой; в) свободная металлическая поверхность

Испытание производили на гидравлической разрывной машине с максимальным усилием 100 т. Загружение образцов производилось ступенями. Первые ступени нагружения до 50% несущей способности соединения составляли 50 кН, а последующие 20 кН до полного сдвига пакетов. На каждой ступени загружения замерялась величина сдвига пакетов пластин при помощи индикаторов часового типа с точностью измерения до 0.01 мм.

Методика проведения эксперимента включала в себя выполнение предварительных испытаний всех образцов до 50% их несущей способности. Повторная загрузка и разгрузка соединений во время предварительных испытаний выполнялась 5 раз.

Результаты проведенных предварительных испытаний указывают на то, что деформации в исследуемых типах соединений в фрикционной стадии работы не могут однозначно расцениваться как упругие. Существует вполне определенная фаза работы соединения, при которой возможны сдвиговые деформации при нагрузках менее 50% от действительной несущей способности фрикционного соединения.

В результате проведения основных испытаний получены зависимости: приведенное напряжение среза - деформация сдвига элементов

(рис. 5). Экспериментальные данные обработаны методом кусочно-нелинейной регрессии, и получены зависимости единого вида:

Ф,~Т1) + £г> (т2^т.)

где в1, е2, вз И е4 - коэффициенты системы уравнений кусочно-нелинейной функции; е1 И £2 - предельные деформации для окончаний упругой и упругопластической стадий работы соединения; Т] И Т2 - предельные касательные напряжения на границе упругой и упругопласти-ческой стадий.

После испытаний соединения разбирались. Проводился анализ пятен контакта на поверхности соединяемых деталей, в результате которого выполнена количественная оценка площади и количества элементарных контактных площадей на единицу поверхности соединяемых деталей. С этой целью пластины случайно выбранных образцов маркировались и фотографировались в зоне контакта вокруг отверстия. Полученные фотографии сканировались и подвергались предварительному преобразованию в полярные координаты относительно центра отверстий и обращению в негатив. Подсчет площадей контактных поверхностей проводился с использованием графических данных матрицы яркости точек по шкале серого цвета по следующей формуле:

|зю

¡а»

б »2«

$200

»•«И

120

№

¿п ( -1- -' ¡А" 1 --»

А Ш г г ¿Г 1 /? 1• ■ -

ш/' Щ7 У! п % 14- * - Мах - ♦ - Мш • -Мей ___ 1 _

ш' у т 1 1 : -

(56,321

<22.»,

0< 1145 0$ Деформация само с. I

^хКГ4 1.56

е2х\о* е3хю~* 4.744 5.253

С| , мм 0.038

е4х\о-2 0.722

С2, мм 0.099

Г] МПа 241.5

Г2МПа 312.5

Г3МПа 426.1

Рисунок 5. Обобщенная диаграмма работы серии соединений на высокопрочных болтах с использованием фракции 25 корундового наполнителя (в таблице значения для среднего графика).

и-"о т

йщ* = II

,=1 }=\

йп{<1 + х) 2 пт

ГШ л л

где Мч - элемент матрицы данных о яркости точки; Я/ет - уровень отсекаемой яркости, определяемый итерационным путем; ¿1 - диаметр отверстия; п - количество точек от центра отверстия до края изображения; т -число точек по ширине; х - расстояние от края отверстия до элементарной поверхности.

Из диаграммы распределения площади контактных поверхностей от уровня отсекаемой яркости видно, что существует три основные зоны (рис. 6) в которых характер отсекаемого сигнала можно назвать типичным для данной зоны. Зона I - характеризует высокий уровень отсекаемого сигнала и соответственно малые значения площади контакта. В зоне III - уровень отсекаемого сигнала невысок, но в рассматриваемую площадь контакта входит и фон изображения. В переходной зоне II уровень яркости близок к оптимальному значению, но размер этой зоны достаточно велик, чтобы однозначно определить требуемый уровень отсекаемого сигнала.

Характер распределения контактных поверхностей подсказывает, что вокруг темных пятен образуется зона более светлых, образующих зону перехода. Если расширение переходной зоны вокруг зоны контакта напрямую связать с увеличением площади контакта, то интенсивность увеличения площади будет возрастать с увеличением радиуса концентрической окружности переходной зоны при равной величине приращения Ак/еу уровня отсекаемой яркости.

Резкое увеличения площади контакта в зависимости от уровня осекаемой яркости на коротком участке кривой свидетельствует

о том, что полученное граничное значение уровня отсеченного сигнала характеризует действительную площадь контакта. На диаграмме можно получить место перегиба аппроксимирующей кривой и характерную точку аномального превышения значений площади контактных поверхностей 8в виде минимального расстояния Яп к сглаженной или аппроксимированной кривой путем решения системы уравнений:

где

<1е\ - полиномиальная функция, аппрокси-

1=1

мирующая значения р=5к01/5ф11 - плотности контактных поверхностей при изменении х и у - координаты центра фокусного расстояния. Решением системы уравнений будет являться такое и, при котором Яп минимальное. Соответственно, этому значению Яп соответствуют искомые значения и 5К0„.

Рисунок 6. График распределения плотности контакта в зависимости от уровня отсекаемой яркости.

Приведенный коэффициент числа элементарных контактных площадей на единицу поверхности соединяемых деталей можно подсчитать по формуле:

Матицу р1 удобно представить в виде диаграммы распределения приведенного коэффициента числа элементарных контактных площадей на единицу поверхности ряда в зависимости от расстояния его до края отверстия (рис. 7).

р

0.5 0.4

0.3

0.2

0.1

°0 5 10 15 20 25 30 мм.

Рисунок 7. Характерное распределение плотности элементарных контактных поверхностей от края отверстия для фрикционного соединения с использованием корундового наполнителя фракции 40

Полученные экспериментальные данные о распределении плотности контактных поверхностей в зависимости от расстояния х до края отверстия можно аппроксимировать следующей функцией:

где коэффициенты получены в результате аппроксима-

ции экспериментальных данных.

В работе выполнено сравнение результатов оценки площади контактных поверхностей с несущей способностью фрикционных соединений. По результатам сравнения несущая способность соединения напрямую зависит от площади контактных поверхностей.

С целью построения конечно-элементных моделей работы таких соединений необходимо знать упругопластические свойства фрикционной прослойки, а для детального анализа необходимо точно представлять размер контактной поверхности и плотность распределения элементарных контактных поверхностей. В результате проведенных исследований определены основные параметры расчетных конечно-элементных моделей фрикционных соединений как в упругой, так и уп-ругопластической стадии работы с возможностью различной степени детализации объектов. В таблице 2 приведены ориентировочные жест-

костные сдвиговые характеристики различных типов фрикционных материалов для расчетных схем разной степени детализации при решении задач с использованием объемных конечных элементов.

Таблица 2. Типы расчетных моделей фрикционных соединений и их основные параметры

Тип расчетной модели /Л/ уЩ

/с ./ "

Степень детализации Низкая Средняя Высокая

Д мм М (18...24)+<1 (24...30)+а (32...36)+<1

К (32. ..42)+<3 (40...50)+(1 (54...62)+<1

1,мм М 0.25

К 0.5

Б, см2 й2 0.25(£)2 - (}2)я

ЕСОе, кг 1см2 кЕ • / V

5-М*,)

металл 2,8 3,5 2,6

К -Ю6, кг! см | корунд 16 1,4 1,5 1,1

20 2,8 3,1 2,2

25 3,4 4,3 2,7

32 3,1 4,2 3,0

40 2,5 2,8 2,0

50 2,8 3,2 2,3

В работе приведена проверка предложенной методики на примере исследования способа торможения усталостной трещины при помощи накладок, которые установлены на высокопрочных болтах в устье трещины. Для проверки эффективности данного типа усиления были изготовлены образцы из стали С345 (рис. 8). Методика проведения эксперимента предусматривала нахождение исходного параметра - скорости роста трещины. В последующем по этому параметру проверялась эффективность ремонтных мероприятий, включающих в себя способ остановки трещины путем установки на ее пути туго затянутого болтового соединения.

Рисунок 8 Общий вид образца во время определения скорости роста усталостной трещины под туго затянутой накладкой

Предварительно выполнен расчетный анализ снижения концентрации напряжений в месте установки высокопрочного болта. В расчетной модели фрикционного соединения принимались анизотропные свойства зоны контакта из таблицы 2 со средней степенью детализации модели. Установлено, что растягивающие напряжения на кромке отверстия компенсированы силами трения, возникающими в контактной зоне, а напряжения на внутренней кромке отверстия снизилось в 2.3 раза.

В ходе проведения экспериментальной части на образцах для определения начальной скорости трещины подрост трещин производился на участке 60 мм до края отверстия. При испытании образцов с фрикционными накладками подрост трещин останавливали за 7 мм до края отверстия. После этого устанавливали стягивающие накладки и продолжали циклическое нагружение. В результате исследования скорости роста усталостной трещины при действии пульсационной нагрузки установлено, что скорость ее роста на образцах со стягивающими фрикционными накладками снижается. При использовании корундовых фрикционных соединений скорость роста трещины снижается до 50 раз, тогда как обычные накладки позволяют ее снизить до 8 раз.

В пятом разделе обобщаются результаты, полученные в настоящем исследовании. Раздел содержит методики проверки и подбора элементов усиления листовых конструкций на циклическую прочность. В разделе описана методика определения несущей способности и основ-

ных расчетных параметров фрикционных соединений методом сканирования изображения контактных поверхностей соединяемых деталей.

Основные выводы по работе

1. На основе анализа трещиноподобных дефектов, а также методов их ликвидации, в качестве наиболее рациональных и эффективных предложены способы, связанные с созданием «энергетических мостиков» через дефектные участки конструкции. Для остановки развития трещины и снижения концентрации напряжений разработан способ с применением низкомодульных соединений.

2. Проведен расчетный анализ методом КЭ узлов усиления листовых конструкций при помощи стрингеров на сварке. Выявлено что, в местах высокой концентрации напряжений поперечные напряжения по отношению к силонагружению имеют ярко выраженный знакопеременный и затухающий характер, что приводит к колебанию в названых пределах коэффициентов стеснения пластических деформаций. Выявлен знакопеременный характер напряжений в узлах с концентраторами напряжений. Коэффициент стеснения пластических деформаций при переходе от упругой к упругопластической стадии работы резко возрастает, создавая благоприятные условия для хрупкого разрушения стального элемента.

3. В результате исследования НДС определены коэффициенты концентрации напряжений в узлах крепления усиливающих элементов в зависимости от их геометрических параметров. Оптимальным соотношением с точки зрения концентрации напряжений в узлах усиления листовых конструкций является отношение длины соединения к его высоте а/к=2.

4. Проведенные испытания показали, что несущую способность фрикционных соединений на высокопрочных болтах в упругой стадии их работы можно повысить от 1,2 до 1,7 раз при использовании корундового наполнителя. Несущая способность соединения напрямую зависит от площади контактной поверхности, причем мелкие фракции корундового наполнителя обеспечивают большую площадь контактной поверхности. Проведение численного эксперимента, моделирующего работу элементов усиления при остановке усталостной трещины с помощью высокопрочного болта и накладки установленной в отверстие засверленное перед фронтом трещины, доказало высокую эффективность рассматриваемого типа усиления. Так, напряжения на внутренней кромке отверстия после установки элементов усиления снизились в 2,3 раза. Экспериментальная проверка эффективности рассматриваемого типа усиления на образцах при циклическом деформировании свидетельствует о снижении скорости роста усталостной трещины до 50 раз.

5. Предложены формулы для практической оценки концентрации напряжений для различных геометрических соотношений стрингерных усилений, с дальнейшим их применением в методике оценки усталостной прочности. Разработана методика оценки жесткостных характеристик фрикционных соединений способом сканирования контактных поверхностей.

Список публикаций.

1. Свидетельство на полезную модель №10132 за №98115507/02/017112 от 10.08.98; "Усиление сварных тавровых сопряжений листовых элементов с трещинами"; Конаков А. И., Михайлов Г. Г., Мельников Д. С.

2. Конаков А. И., Мельников Д. С, Новиков В. М. Проблемы и методы обеспечения безопасной эксплуатации мостовых перегружателей // Безопасность труда в промышленности. - 1998.-№10.-с. 40-42.

3. Конаков А. И., Мельников Д. С, Шафрай С. Д. Анализ развития усталостных трещин в металлических конструкциях кранов-перегружателей. // Известия вузов. Строительство. - 2000 г. - №1. - с. 128-133.

4. Мельников Д. С, Шафрай С. Д. Анализ напряженного состояния в узлах усиления листовых конструкций. // Изв. Вузов. Строительство. -1999.-№4.

5. Мельников Д. С, Шафрай С. Д. Анализ напряженно-деформированного состояния узлов конструкций при билинейной работе материала. // Изв. Вузов. Строительство. - 2001. - №6.

6. Шафрай С. Д., Мельников Д. С. Конаков А. И. Динамическая повреждаемость металлоконструкций кранов-перегружателей. Сборник тезисов докладов 54 научно-технической конференции НГАСУ, 1997 г. Новосибирск.

05.2 Ъ

Новосибирский государственный архитектурно-

строительный университет^и$с ТРс н) 6300С8,Новосибирск,ул.Ленинградская, 113

Отпечатано мастерской оперативной полиграфии НГАСУ заказ $./ тираж 100.2005". — -

" Г * I ! ' •" 1108

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. ПРОБЛЕМА УСИЛЕНИЯ СВАРНЫХ ЛИСТОВЫХ

КОНСТРУКЦИЙ, ПОДВЕРЖЕННЫХ ЦИКЛИЧЕСКИМ, ДИНАМИЧЕСКИМ НАГРУЗКАМ И ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ ПРИ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ

1.1 Анализ отказов и разрушений листовых конструкций.

1.2 Анализ факторов хрупкого и усталостного разрушения

1.3 Оценка хрупкой и усталостной прочности элементов стальных конструкций.

1.3.1 Теоретические основы вязкого и хрупкого (квазихрупкого)разрушения при статической нагрузке.

1.3.2 Теоретические основы усталостного разрушения.

1.3.3 Теоретические основы механики разрушений

1.3.4 Оценка концентрации напряжений

1-4 Цели и задачи исследования

Глава 2. АНАЛИЗ ДЕФЕКТОВ ЛИСТОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ И

СПОСОБОВ ИХ УСИЛЕНИЙ

2.1 Характерные дефекты и разрушения, наблюдаемые в листовых металлоконструкциях

2.2 Анализ развития усталостных трещин в листовых металлоконструкциях.

2.3 Анализ способов усилений листовых конструкций.

2.4 Выводы по 2 главе

Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ УЗЛОВ УСИЛЕНИЯ ЛИСТОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ

3.1 Решение конечно-элементных моделей элементов усиления листовых конструкций в упругой стадии работы материала

3.1.1 Задачи машинного эксперимента

3.1.2 Структура моделей

3.1.3 Обработка результатов расчета моделей в упругой стадии работы материала

3.1.4 Анализ результатов расчета моделей в упругой стадии работы материала

3.2 Анализ напряженно-деформированного состояния узлов стальных конструкций при билинейной работе материала.

3.2.1 Задачи машинного эксперимента

3.2.2 Структура моделей

3.2.2 Анализ результатов расчета моделей при билинейной работе материала.

3.3 Выводы к главе

Глава 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ НЕСУЩЕЙ

СПОСОБНОСТИ БОЛТОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ,

ПРИМЕНЯЕМЫХ ПРИ УСИЛЕНИИ КОНСТРУКЦИЙ

4.1 Задачи эксперимента, выбор образцов

4.2 Методика лабораторных испытаний

4.3 Результаты испытаний

4.3.1 Исследование деформированного состояния соединений при сборке и скручивании образцов.

4.3.2 Результаты предварительных испытаний при повторных нагрузках

4.3.3 Результаты экспериментальной проверки несущей способности фрикционных соединений

4.3.4 Результаты обработки сканированных изображений контактных поверхностей фрикционных соединений

4.4 Построение конечно-элементной модели работы фрикционных соединений по результатам лабораторного эксперимента

4.5 Экспериментальных проверочные исследования распространения трещин и методов их торможения при помощи накладок установленных на высокопрочных болтах.

4.5.1 Задачи исследования, выбор образцов

4.5.2 Методика лабораторных испытаний

4.5.3 Результаты испытаний

4.5.3.1 Испытание несимметричных образцов

4.5.3.2 Испытание симметричных образцов

4.6 Выводы к главе 4.

Глава 5. ОБОБЩЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ И

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИХ ПРИМЕНЕНИЮ

5.1 Методика проверки и подбора элементов усиления листовых элементов подверженных циклическим нагрузкам.

5.2 Методика проверки и подбора элементов усиления листовых элементов подверженных циклическим нагрузкам.

5.3 Основные по работе

В России на предприятиях топливно-энергетического комплекса, нефтяной, нефтехимической и газовой промышленности, а также на предприятиях черной и цветной металлургии эксплуатируется большой парк листовых конструкций и сооружений, подверженных влиянию различных статических, динамических и температурных нагрузок. Это такие сооружения как: резервуары, газгольдеры, бункера, силосы, листовые транспортные галереи, трубопроводы большого диаметра, несущие металлоконструкции трубчато-балочных кранов-перегружателей, некоторые сооружения нефтепереработки, доменного и химического производства. Известно, что срок эксплуатации таких сооружений, в зависимости от их назначения, режима эксплуатации, температуры и других не менее значимых факторов составляет 10-50 лет. При этом необходимо учитывать, что появление разрушений в виде трещин наблюдается и на ранних стадиях эксплуатации, и без принятия особых мер по усилению, разрушения могут принять катастрофический характер. Первые дефекты и разрушения в виде усталостных и хрупких трещин могут появляться в этих конструкциях после 3-5 лет эксплуатации. Таким образом, вопросы ремонта и усиления листовых металлоконструкций выглядят наиболее актуально. Особенно следует остановиться на проблеме разрушения стержневых, плоских и объемных элементов с точки зрения механики разрушения. Здесь основным фактором является непосредственно трещина, которая по своим размерам сопоставима с размерами разрушаемого элемента, что, в конечном счете, переводит стержневые элементы в разряд плоских и объемных при условии сопоставимости размеров.

Исследования и разработки, посвященные проблеме повышения надежности листовых конструкций, изучению их действительной работы, практический опыт проектирования, эксплуатации, изготовления, монтажа, ремонта и усиления, накопленный из анализа отказов (аварий) позволили сформулировать требования к производству и возведению, а также основы расчета таких конструкций, включенные в нормы проектирования. Вопросы ремонта и усиления рассмотрены в специальной литературе и приняты в качестве рекомендаций.

Существующие методики и рекомендации не в полной мере охватывают спектр используемых способов усиления и не позволяют производить оценку их эффективности еще на этапе проектирования. Здесь важно отметить, что некоторые из методов усиления не только не снижают отрицательное действие дефектов, но в некоторых случаях даже увеличивают напряженное состояние в узлах установки усиливающих элементов, что может приводить к разрушениям.

Выбор темы диссертационной работы связан с необходимостью детального изучения некоторых из этих способов и выработки рекомендаций по их применению.

Целью работы является систематизация известных и детальная проработка рациональных конструктивно-технологических форм элементов листовых конструкций, препятствующих развитию повреждений в виде усталостных трещин. На пути достижения главной поставленной цели намечено решение следующих задач:

1.Выполнить анализ дефектов и разрушений листовых конструкций с учетом характера их работы и предложить наиболее эффективные методы предотвращения разрушения.

2.Произвести расчетно-теоретический анализ напряженно-деформированного состояния в узлах усиления листовых конструкций при помощи стрингеров на сварке.

3.Теоретически оценить напряженно-деформированное состояние в узлах усиления листовых конструкций при вариации геометрических параметров усиливающих элементов с точки зрения минимизации коэффициента концентрации.

4.Экспериментально исследовать работу фрикционных соединений на высокопрочных болтах как способ предотвращения разрушения.

5.Разработать методы и рекомендации по применению исследуемых типов усилений

В первой главе работы сделан краткий обзор анализа разрушения листовых конструкций и классификация методов их усиления. Рассмотрены особенности работы некоторых листовых конструкций и анализ причин отказов с хрупкими и усталостными разрушениями. Отмечены недостатки нормативной методики расчета таких конструкций. Определена цель и задачи исследований.

Во второй главе проведен анализ дефектов листовых конструкций и способов их усиления. На основе классификаций способов усиления для всех типов конструкций, представленных в общем виде, построена наиболее целесообразная классификация, применительно только для листовых конструкций. Выполнен обзор всего спектра способов усилений, приведены характерные дефекты и разрушения, наблюдаемые в листовых металлоконструкциях. Дан анализ развития усталостных трещин в листовых металлоконструкциях.

В третьей главе исследуется напряженно-деформированное состояние узлов усиления конструкций, с учетом различных геометрических параметров. Методом КЭ решены конечно-элементные модели элементов усиления листовых конструкций в упругой стадии работы материала. Определен коэффициент концентрации напряжений и сформулирован закон распределения для стрингерного усиления.

Четвертая глава посвящена экспериментальным исследованиям несущей способности болтовых соединений, применяемых при усилении конструкций. Исследовалось деформированное состояние соединений при сборке и скручивании образцов, с экспериментальной проверкой несущей способности фрикционных соединений. По результатам лабораторного -эксперимента построена конечно-элементная модель работы фрикционных соединений. Проведены экспериментальные проверочные исследования распространения трещин и методов их торможения при помощи накладок, установленных на высокопрочных болтах.

В заключительно - пятой - главе предложены формулы для практической оценки концентрации напряжений для различных геометрических соотношений стрингерных усилений, с дальнейшим их применением в методике оценки усталостной прочности. Разработана методика оценки жесткостных характеристик фрикционных соединений способом сканирования контактных поверхностей.

1. Проблема усиления сварных листовых конструкций, подверженных циклическим, динамическим нагрузкам и эксплуатируемых при низких температурах

Листовыми конструкциями называют пространственные конструкции, несущей основой которых являются плоские или изогнутые металлические листы, образующие оболочки различной формы [83] .

К листовым конструкциям относят в первую очередь кожухи и компенсаторы воздухонагревателей доменных печей, резервуары для хранения жидкости и газов, трубопроводы большого диаметра, газгольдеры, мембраны и др. К листовым конструкциям относятся также и конструкции кранов-перегружателей трубчато-балочного типа.

Появление повреждений происходит в таких конструкци-' ях, как правило, в сварных соединениях, являющихся источником концентрации напряжений, остаточных напряжений и зон изменения свойств стали от температурного влияния сварки. Концентрация напряжений обусловлена и конструктивно-технологической формой (изменением сечения, геометрией сварного шва и др.) и наличием дефектов (подрезов, непроваров, угловатостей, депланаций и др.).

Для листовых конструкций характерно двухосное напряженное состояние. В местах сопряжений различных оболочек возникают местные напряжения, быстро затухающие по мере удаления от этих участков. Такое явление называется краевым эффектом. В районе действия краевого эффекта наблюдается трехосное напряженное состояние. Таким образом, листовые конструкции работают, как правило, в более тяжелых по сравнению с другими типами металлических конструкций условиях. В них возникают напряжения, близкие к расчетным сопротивлениям сварных швов. При этом в зонах сопряжений листовых элементов возникают зоны локального повышения напряжений, обусловленные наличием краевого эффекта, температурными воздействиями, а также большим числом сварных швов. Кроме указанных неблагоприятных воздействий эти конструкции имеют больший запас потенциальной энергии упругой деформации (ПЭУД), чем балочные, стержневые (фермы) и другие конструкции. По оценкам сделанным в работе В.М. Горбачева, А.В. Сильвестрова и др. [23, 137], наибольшая ПЭУД, также как и наибольшее число отказов с полным разрушением (рис. 1.1), приходится на листовые и решетчатые конструкции. В работе [165] на основе данных о реальных разрушениях сделана оценка повреждаемости конструкций, в зависимости от накопленной в них ПЭУД, где прослеживается четкая зависимость проявления полных отказов конструкций от названного выше фактора. Таким образом, при усилении листовых металлоконструкций необходимо учитывать, что снижение запасов ПЭУД позволит снизить опасность возникновения хрупких разрушений имеющих катастрофические последствия .

Расчет листовых строительных конструкций осуществляется в соответствии с нормами и правилами [60, 61, 111, 125, 139, 147]. Характерно, что конструкции подверженные нагрузкам переменным во времени в зонах концентрации напряжений возникают локальные пластические деформации, которые приводят к образованию трещин малоцикловой усталости [78]. Опасность появления таких трещин в сварных конструкциях связана с тем, что трещины данной длины или острые концентраторы напряжений могут при определенном соотношении уровня нагрузки, климатической температуры эксплуатации, скорости нагружения и других факторов стать причиной возникновения хрупких разрушений (рис. 1.2).

Проблема возникновения хрупких и усталостных разрушений в листовых конструкциях ощущается особенно остро, когда, они приводят к катастрофическим последствиям. Анализ и описание причин их возникновения можно встретить в источниках [3, 64, 65, 81, 117, 131, 168] . В большинстве случаев этих последствий можно избежать, приняв необходимые и своевременные меры по устранению дефектов и причин их возникновения. Как правило, эти меры способствуют повышению эксплуатационной надежности путем усиления отдельных элементов и конструкции в целом.

Под усилением подразумевается комплекс конструктивно-технологических мероприятий, направленных на восстановление утерянных эксплуатационных свойств конструкций с целью повышения несущей способности и надежности конструкций и их элементов.

Опыт эксплуатации листовых конструкций, таких как резервуары, газгольдеры, доменные комплексы и листовые конструкции кранов-перегружателей трубчато-балочного типа, показывает, что при появлении в них трещин и других аварийных дефектов возникает необходимость выполнения ремонтов и усилений.

В условиях общей тенденции снижения капиталовложений, направляемых на замену старого оборудования, проблема проведения ремонтных работ по усилению и восстановлению существующих листовых металлоконструкций на предприятиях топливно-энергетического, металлургического комплекса и

1 00% 80% 60% 40% 20% 0%

Рис. 1.1 Распределение полных и частичных отказов по типам конструкций

55 67 80 64

45 33 20 36

Листовые Фермы Балки Все Полные отказы ПЧастичные отказы

Разрушение

Число циклов в год

Рис. 1.2 Среднегодовое число циклов нагружения для различных типов конструкций. нефтехимической промышленности выглядит наиболее актуально.

Исследование действительной работы листовых конструкций без учета влияния усилений можно встретить в литературе [6, 19, 67, 100, 130, 141]. В специальной литературе [7, 157, 170] обобщен опыт ремонта металлоконструкций, где рассмотрены различные методы их восстановления. Не смотря на то, что в отечественной и иностранной технической литературе существуют систематизированные данные, содержащие достаточно подробный анализ влияния основных дефектов на работу отдельных элементов конструкции, оценка их влияния на работу конструкции в целом до конца не изучена и представляет собой наиболее актуальную тему для научных исследований.

Разработка и внедрение современных эффективных способов ремонта является задачей важной и необходимой, которая требует для своего решения научных подходов.

Целью данной'работы является систематизация известных и детальная проработка некоторых способов ликвидации характерных дефектов и повреждений листовых конструкций. Основным направлением этой работы является исследование напряженно-деформированного состояния методом конечных элементов в зонах усиления конструкций, анализ мест концентрации напряжений, и разработка эффективных способов снижения их влияния.

5.3 Основные выводы по работе

1. На основе анализа трещиноподобных дефектов, а также методов их ликвидации, в качестве наиболее рациональных и эффективных предложены способы, связанные с созданием «энергетических мостиков» через дефектные участки конструкции. Для остановки развития трещины и снижения концентрации напряжений разработан способ с применением низкомодульных соединений.

2. Проведен расчетный анализ методом КЭ узлов усиления листовых конструкций при помощи стрингеров на сварке. Вы

Методика определения характеристик фрикционных соединений

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Завершая данное исследование, надо отметить некоторые новые результаты, не включенные в основные выводы. К их числу отнесем следующее:

1. Коэффициенты концентрации напряжений для двутавровых и тавровых сопряжений листовых элементов зависят от геометрических соотношений элементов и могут изменяться в широких пределах от 3 до 12. Наличие скосов кромок не менее чем 1^3, а также наличие вогнутого сварного шва, выведенного на торец вертикального ребра при отношении радиуса его закругления к толщине R/t не менее чем 0,3, также снижает концентрацию напряжений в рассматриваемых узлах. Для узлов тавровых сопряжений наиболее предпочтительным может являться устройство скосов размером у элементов усиления, а влияние рядом стоящих ребер незначительно сказывается на величине концентрации напряжений.

2. В результате анализа разгружающего действия элементов усиления на конструкцию отмечено снижение продольных напряжений в зоне установки этих элементов. С внешней стороны отмечено снижение продольных напряжений на 16%, с внутренней - на 35%. При этом изменение геометрических параметров незначительно сказывается на изменении продольных напряжений в разгружаемой зоне.

3. Увеличение расстояния между поперечными элементами усиления приводит к изменению характера работы конструкции. В диапазоне значений 2<b/h<Q происходит изменение режима работы конструкции от работы по теории плоских сечений в режим объемной деформации.

4. С переходом от упругой к упругопластической и пластической стадиям работы коэффициент концентрации напряжений затухает по степенному закону от 5.3 до 1.5. При этом приведенные напряжения асимптотически стремятся к пределу текучести, а главные напряжения о3 по толщине элемента резко увеличиваются.

5. Коэффициент стеснения пластических деформаций при переходе от упругой к упругопластической стадии работы резко возрастает, создавая благоприятные условия для хрупкого разрушения стального элемента. Размер области у концентратора напряжений, в которой преобладает напряженное состояние с главными растягивающими напряжениями, на порядок возрастает при переходе в упругопластическую и пластическую стадии работы материала.

6. Центр окружности изгиба пластин при стяжке высокопрочными болтами для соединений как без корундового и клеевого наполнителя, так и с ним, находится на радиусе

50±5 мм от центра отверстия и задает границы геометрического пятна контакта.

7. Выявлена фаза работы фрикционного соединения, при которой возможны необратимые сдвиговые деформации при нагрузках менее 50% от действительной несущей способности. Эта фаза объясняется эффектом притирания корундового порошка к поверхности соединяемых деталей. Таким образом, деформации в исследуемых типах соединений в фрикционной стадии работы не могут однозначно расцениваться как упругие .

8. С увеличением фракции корундового наполнителя несущая способность фрикционного соединения снижается вместе с площадью контактной поверхности, это связано с увеличением расстояний между зернами, и как следствие, уменьшением числа контактных поверхностей. В то же время для мелких фракций корундового наполнителя упругие деформации непропорционально выше, чем у корундовых соединений более крупных фракций. Это можно объяснить влиянием клеевого состава и образованием плотно спаянных клеекорундовых структур в зоне активного контакта болтового соединения, которые могут обладать собственными фрикционными характеристиками.

9. Наиболее оптимальной фракцией корундового наполнителя для применения в фрикционный соединениях является фракция 25, сочетающая в себе относительно небольшую де-формативность и несущую способность в упругой стадии.

При этом автор отдает себе отчет в том, что не смог найти решение всех вопросов, связанных с хрупкой и усталостной прочностью элементов усиления листовых конструкций. В частности необходимо накапливать статистический и экспериментальный материал, исследуя различные более сложные конструктивные формы элементов усиления. Продолжить работу по исследованию концентрации напряжений и определению параметров К, и Kw отвечающие за хрупкую прочность элементов для широкого набора конструктивных форм. Получить экспериментальные данные о ресурсных характеристиках выбранных конструктивных форм.

Вместе с тем, автор надеется что, проведенные экспериментальные и теоретические исследования помогут повысить надежность элементов усиления стальных конструкций при низких температурах и при циклических воздействиях и будут полезны тем, кто занимается вопросами усиления конструкций .

1. А.С. 1234148. Способ предотвращения роста трещины в изделиях. Авт. Махов А. П., Конаков А. И., Кулешов С. П.

2. Александров А.П., Журков С.Н.,Явление хрупкого разрыва. М., ГТТИ, 1933.

3. Авария большого резервуара в Японии. / Пер. с англ. Ж. Хайкан Гидзюцу, 1975, т. 8 №5.

4. Албаут Г. Н., Барышников В. Н. Напряженно-деформированное состояние при растяжении резиновой пластины с трещиной // Строительство. Известия высших учебных заведений. 1997. №9.

5. Александров А. В., Потапов В. Д., Державин Б. П. Сопротивление материалов: Учеб. для вузов. М. : Высш. шк., 1995. - 560 с.

6. Альперин В.М., Ганиза О.И., Латыш В. И. Натурные испытания металлических конструкций трубчато-балочного крана-перегружателя. Материалы по металлическим конструкциям. Сборник статей. Выпуск 19. ЦНИИпроектстальконструкция, 1977 г.

7. Архангородский А. Г., Розендент Б. Я., Семенов Л. Н. Прочность и ремонт корпусов промысловых судов: Учебное пособие. Л.:Судостроение, 1982 г.-272 с.

8. Байшев Ю.П. Доменные печи и воздухонагреватели (конструкции, эксплуатационные воздействия, свойства материалов, расчеты). Автореферат на соискание ученой степени док. техн. наук.-М:1999г.- 48с.

9. Балдин В. А. и др. О склонности к хладноломкости строительных сталей и классификация сталей по этому признаку. Проектирование сварных, конструкций. Киев: Наукова думка. 1965. 383 с.

10. Бережницкий JI. Т., Делявский М. В., Панасюк В. В. Изгиб тонких пластин с дефектами типа трещин. -Киев: Наукова думка, 197 9. 400 с.

11. Бирюлев В. В., Кошин И. И., Крылов И. И., Сильвестров А. В. Проектирование металлических конструкций: Спец. Курс. JI. : Стройиздат, 1990 - 432 с.

12. Богданов Т. М. Соединения конструкций на высокопрочных болтах. М.: Министерство путей сообщения. 1963 г.

13. Боклан В. В. Применение высокопрочных болтов при восстановлении крановых мостов. //Промышленное строительство и инженерные сооружения 1987, №2, с. 14.

14. Болотин В. В. Методы теории вероятностей и теории надежности в расчетах сооружений. М.: Стройиздат, - 1982.

15. Броек Д. Основы механики разрушения. М. : Высшая школа, 1980, 368 с.

16. Вейбулл В. Усталостные испытания и анализ их результатов. М.: Машиностроение, 1964. 275 с.

17. Вейбулл В. Усталостные испытания и анализ их результатов. М.: Машиностроение, 1964. 27 5 с.

18. Веревкин С. И., Корчагин В. А. Газгольдеры. М. : Стройиздат 1966 г.

19. Винокуров В. А. И др. Сварные конструкции. Механика разрушений и критерии работоспособности / Под. Ред. Патона Б. Е. -М.: Машиностроение. 1996-576 с.

20. Владимиров В. И., Романов А. Е. Дислокации в кристаллах. JI.: Наука, 1986. - 224 с.

21. Влияние некоторых дефектов на прочность стыковых соединений, выполненных контактной сваркой / Тру-фяков И. В., Мазур В. Г., Жемчужников Г. В, Казы-мов Б. И. // Автоматическая сварка. 1987. № 2. С 7- 9.

22. Горбачев В. И. Исследование влияния потенциальной энергии упругой деформации элементов стальных конструкций на из хладноломкость. Автореферат на соискание уч. Ст. к. т. н. : Новосибирск. НИСИ 1975 г. 23 с.

23. Горохов Е. В. Алгоритмы расчета строительных конструкций. М., Стройиздат, 1989 г. - 386 с.

24. Горохов Е. В. Долговечность стальных конструкций в условиях реконструкции. М.: Стройиздат, 1994 г.- 483 с.

25. ГОСТ 22353-77* Болты высокопрочные класса точности В. М. : Издательство стандартов. 1988 г. с изм. до 1998 г.277

26. ГОСТ 25506-85. Методы механических испытаний металлов. Определение характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) при статическом нагружении. М.: Издательство стандартов. 1985. 62с.

27. Гумеров К. М., Зайцев Н. JI. К вопросу оптимизации конструктивного оформления упругонеоднородных стыковых соединений // Сварочное производство. 1983. № 1. С. 5-6.

28. Давиденков Н. Н. Избранные труды. Т. 1 Динамическая прочность и хрупкость металлов. Киев: Наукова думка. 1981. 704 с.

29. Давиденков Н. Н. Об одном противоречии в теории хладноломкости. В кн. Исследования по жаропрочным сплавам. Т. 4 М.: Изд. АН СССР, 1952 г.

30. Давиденков Н. Н., Ярошевич В. Д. Некоторые вопросы хрупкого разрушения металлов. В кн. Хладостойкость стали и стальных конструкций. Новосибирск: Наука. Сибирское отделение, 1971. с.18-35.

31. Еремин В. Н. Усиление металлоконструкций моста крана // Монтажные и специальные работы в строительстве. 1990. - №1.

32. Жильмо JI. Характеристика свойств конструкционных сталей работой предельной деформации // Современные проблемы металлургии. М. : АН СССР, 1958. -с. 572-582.

33. Зайцев Н. JI., Гумеров К. М. О снижении концентрации напряжений в краевых точках стыковых соединений разнородных материалов // Автоматическая сварка. 1984. № 5. С. 41-45.

34. Закономерности малоцикловой повреждаемости и разрушения стали 10ХСНД в широком интервале (+20°С . -19б°С) низких температур. В. В. Ларионов, Н. А. Махутов, В. М. Горицкий, X. М. Ханухов // Проблемы прочности. 1980. № 11. с. 32-35.

35. Иванова В. С. Механизмы разрушения, структура и трещиностойкость конструкционных материалов // Проблемы прочности. 1985. №10 с. 96-103.

36. Иванова В. С., Шанявский А. А. Количественная фрактография. Усталостное разрушение. Челябинск.: Металлургия, 1988 - 400 с.

37. Инстркция по механической обработке сваных соединений в стальных конструкциях мостов ВСН 188-78, Минтрансстрой МПС. Москва, 1978. 36 с.

38. Иоффе А. Ф., Кирпичева М. В., Левитская М. А. Деформация и прочность кристаллов. Журнал русского физико-химического общества, 1924,т.56, вып. 5-6, с. 489-506.

39. Исследование хрупкой прочности строительных металлических конструкций. (Под ред. Мельникова Н. П.) М.: ЦНИИПроектстальконструкция, 1982. - 150 с.

40. Ицкович А.А. Клееметаллические соединения в строительных конструкциях. М.: Стройиздат. 1975г.-135с.

41. Карзов Г. П., Леонов В. П., Тимофеев Б. Т. Сварные сосуды высокого давления. Прочность и долговечность. Л. Машиностроение. 1982. 287 с.

42. Кархин В. А., Копельман Л. А. Концентрация напряжений в сварных соединениях // Сварочное производство. 1976. - №2.

43. Кархин В.И., Костылев В.И., Стаканов В.И. Влияние геометрических параметров стыковых, тавровых и крестовых соединений на коэффициент концентрации напряжений//Автоматическая сварка.1988. №3.С.6-11.

44. Килимнин J1. Ш., Николайшвили М. П. Исследование работы упруго-фрикционных соединений на высокопрочных болтах при нагрузках типа сейсмических. // Строительная механика и расчет сооружений. № 2, 1987 г.

45. Кирста А. А. Исследование напряженного состояния у отверстий пакета обжатого высокопрочными болтами. Тр. МИИТ, 1971, вып. 375, с. 69-79.

46. Клыков Н. А. Расчет характеристик сопротивления усталости сварных соединений. М. 1984.

47. Княжев А. Ф. Экспериментальное исследование технологических и прочностных 4свойств соединяющих элементов стальных конструкций на высокопрочных болтах с применением эпоксидных клеев. Автореферат к.т.н. М. 1975 г. 20 с.

48. Княжев А., Латышов А. Н. Влияние качества выполнения на прочность и надежность фракционных монтажных соединений на высокопрочных болтах.

49. Когаев В. П. Расчеты на прочность при напряжениях переменных во времени. М. Машиностроение. 1977. 232 с.

50. Когаев В. П. Усталость и несущая способность узлов деталей при стационарном и нестационарном переменном нагружениях. М.: Машиностроение, 1968. 134 с.

51. Когаев В. П., Махутов Н. А., Гусенков А. П. Расчеты деталей машин и конструкций на прочность и долговечность. М.: Машиностроение. 1985. 224 с.

52. Коллинз Дж. Повреждение материалов в конструкциях. Анализ, предсказание, предотвращение: Пер. с англ. М.: Мир, 1984. - 624 с.

53. Конаков А. И., Махов А. П. Отказы и усиление стальных металлических конструкций. Обзорная информация. Серия 8 Вып.: М. ВНИИИС, 1980 г. с. 1519

54. Конторова Т. А., Тимошенко О. А. обобщение статистической теории прочности. / Журнал технической физики. 1949, - т. 19, вып. 3, с. 355-370.

55. Конторова Т. А., Френкель Я. И. Статистическая тория хрупкой прочности реальных кристаллов. / Журнал технической физики. 1941, - т. 11, вып. 3, с. 173-183.

56. Копельман JI. А. Конструктивно-технологические факторы и сопротивляемость сварных узлов хрупким разрушения: Автореферат Дис. доктора техн. наук. -М., 1982. 32 с.

57. Копельман JI. А. Сопротивление сварных узлов хрупкому разрушению. JT.: Машиностроение. 1978. 232 с.

58. Коттрелл А. X. Строение металлов и сплавов: Пер. с англ. / Под ред. Бернштейна М. А. М.: Металлург-издат, 1961 - 288с.

59. Краны грузоподъемные промышленного назначения. Нормы и методы расчета элементов стальных конструкций. СТО 24.09-5821-01-93. М. ВНИИПТМАШ. 1993г.281

60. Краны грузоподъемные. Выносливость стальных конструкций. Метод расчета. РТМ 24.090.50-79. М. : ЦНИИ-ТЯЖМАШ. 1979 г.

61. Кудрин В. Г. Повышение эффективности конструктивно-технологических методов по предотвращению хрупкого разрушения элементов стальных конструкций. Автореф. Дис. . канд. техн. наук. Новосибирск,1986. 20 с.

62. Кудрявцев И. В., Нуамченков Н. Е. Усталость сварных конструкций. М., Машиностроение, 1976. 270 с.

63. Лащенко М. Н. Аварии металлических конструкций зданий и сооружений. -JI.: Стройиздат, 1969.-181 с.

64. Лащенко М. Н. Повышение надежности металлических конструкций зданий и сооружений при реконструкции. Л. Стройиздат, Ленинградское отделение, 1987. -136 с.

65. Лащенко М. Н. Продление срока эксплуатации металлических конструкций гражданских и промышленных сооружений и предотвращение их аварий средствами усиления конструкций и регулированием напряжений. Доклад. Киев.: 1971 г. 37 с.

66. Лессинг Е. Н., Лилеев А. Ф., Соколов А. Г. Листовые металлические конструкции. М., Стройиздат, 1970.

67. Мазур И.И., Иванцов О. М., Молдаванов О. И. Конструкционная надежность и экологическая безопасность трубопроводов. М.: Недра, 1990 г. - 264 с.т282

68. Макаров И. И., Белова JI. Н., Радченко JI. Ю. Процесс распространения усталостного разрушения в сварных соединениях // Труды МВТУ № 3 63. Проблемы прочности и технологии в сварке. 1981. С. 29-35.

69. Макклинток Ф. Пластические аспекты разрушения. В кн.: Разрушение. Т. 3. - М.: Мир, 1976, с. 67-262.

70. Макклинток Ф., Ирвин Д. Р. Вопросы пластичности в механике разрушения. В кн. Прикладные вопросы вязкости разрушения. М. Мир. 1968. с. 141-208.

71. Максименко В. Н. Определение коэффициента интенсивности напряжений в вершинах трещин, развивающихся от нагруженных отверстий в конечных анизотропных пластинах // Прикладная и теоретическая физика. 1990. - №2. - 171-178 с.

72. Малоцикловая усталость стали в рабочих средах / Г. В. Карпенко, К. Б. Карцов, И. В. Копотайло и др.• Киев. Наукова думка, 1977. 110 с.

73. Марин Н. И. Статическая выносливость элементов авиационных конструкций. М. Машиностроение. 1968. 228 с.

74. Махов А. П. Характеристики сопротивления развитию трещин сталей и зон сварных соединений при малоцикловом нагружении. Автореферат, к.т.н. М.: 197 6. 20 с.

75. Махутов Н. А. Диаграммы разрушения в связи с пластическими деформациями в зоне трещин. В кн. Пластичность материалов и конструкций. Киев: Наукова думка. 1975. с. 340-349.

76. Махутов Н. А. Прочность конструкций при малоцикловом нагружении. М.: Наука. 1983. 271 с.• 283

77. Махутов Н. А., Воробьев А. 3., Гаденин М. М. и др. Прочность конструкций при малоцикловом нагружении. М.: Наука. 1983 г. 272 с.

78. Махутов Н. А., Гаденин М. М., Бурак И. И. и др. Механика малоциклового разрушения. М. : Наука. 1986. 264 с.

79. Махутов Н. А., Когаев В. Н. и др. Расчеты деталей машин и конструкций на прочность и долговечность. Справочник. М.: Машиностроение 1985 г. - 223 с.

80. Мельников Н. П., Винклер О. Н., Махутов Н. А. Условия и причины хрупких разрушений строительных конструкций. В кн. Материалы по металлическим конструкциям. Вып. 16. М.: Машиностроение, 1972. -с 14 - 27.

81. Металлические конструкции. В 3 т. Т.1. Общая часть (Справочник проектировщика) / Под общей редакцией

82. Ф В. В. Кузнецова (ЦНИИпроектстальконструкция им.

83. Мельникова) М.: изд-во АСВ. 1998 - 576 с.

84. Металлические конструкции. В 3 т. Т.З Специальные конструкции и сооружения: Учеб. для строительных вузов; Под ред. В. В. Горева. М. : Высшая школа., 1999. 544 с.

85. Метод конечных элементов в механике твердых тел (под общ. редакцией Сахарова А. С. и Альтенбаха И.). Киев: Вища Школа, 1982. 480 с.

86. Механика разрушения и прочность материалов: Справочное пособие. Т. 1. Под общей ред. В. В. Панасю-ка. Киев: Наукова думка. 1988. 488 с.

87. Механические свойства металлов. М. : Машиностроение, 1974. 838 с.т

88. Мойсейчик Е. А. Количественная оценка надежности статически растянутых элементов строительных конструкций из малоуглеродистых сталей при низких температурах: Автореф. Дис. . канд. техн. наук. -Новосибирск, 1980. 20 с.

89. Мороз J1. С. Механика и физика деформаций и разрушения материалов. JI. : Машиностроение, Ленинградское отделение, 1984. - 224 с.

90. Морозов Е. М. Двухкритериальные подходы в механике разрушения. // Проблемы прочности. 1985. № 10. с. 103-108.

91. Морозов Е. М. Энергетическое условие роста трещин в упругопластических телах. // ДАН СССР. 1969. Т. 187 №2. С. 57-60.

92. Морозов Е. М., Зернин М. В. Контактные задачи механики разрушения. М. Машиностроение.1999. 54 4с.

93. Мразик А. Расчет и проектирование стальных конструкций с учетом пластических деформаций. М.: Стройиздат, 1986 г. - 456 с.

94. Мусхелишвили Н. И. Некоторые основные задачи математической теории упругости. М. : Наука, 1966. -707 с.

95. Мюнзе В. X. Усталостная прочность стальных сварных конструкций. М. Машиностроение. 1968. 311 с.

96. Навроцкий Д. И. Расчет сварных конструкций с учетом концентрации напряжений. Л. : Машиностроение. 1968. 170 с.

97. Норри Д., де Фриз Ж. Введение в метод конечных элементов. М.: Мир, 1976. 464 с.

98. Образцов И. Ф., Савельев JI. М., Хазанов X. С. Метод конечных элементов в задачах стоительной механики летательных аппаратов. М. : Высшая школа. 1985. 393 с.

99. Оден Д. Конечные элементы в нелинейной механике сплошных сред. М.: Мир, 1981. 304 с.

100. Окерблом Н. О. Конструктивно-технологическое проектирование сварных конструкций. M-JI.: Машиностроение, 1964. 419 с.

101. Окулов Д.П., Эбич Р. Д. Новые конструкции цельносварных кранов перегружателей. Материалы по металлическим конструкциям. Сборник статей. Выпуск 19. ЦНИИпроектстальконструкция, 1977 г.

102. Осипов В. О. Напряженно-деформированное состояние заклепочных и болтовых соединений, работающих во второй и третьей стадиях: Тр. МИИТ, 1975, вып. 490, с. 10-20.

103. Панасюк В. В., Сушинский А. И., Кацов А. В. Разрушение элементов конструкций с несквозными трещинами. Киев.: Наукова думка. 1991. 172 с.

104. Парис П., Си Дж. Анализ напряженного состояния около трещин. В кн. Прикладные вопросы вязкости разрушения. - М. Мир. 1968, с. 64 - 142.

105. Партон В. 3., Морозов Е. М. Механика упругопласти-ческого разрушения. М.: Наука. 1974. 416 с.

106. Петров И. А. Исследование работы соединений стальных конструкций на высокопрочных болтах. Автореферат к.т.н. JI. 1962 г. 27с.

107. Петропавловский А. А., Осипов В. О., Баришпольский Б. М. и др. Концентрация напряжений около отверстий, заполненных предварительно напряженными болтами и заклепками. // Транспортное строительство, 1972, № 6, с. 42-43.

108. Пособие по проектированию усилений стальных конструкций (к СНиП 11-23-81*). / Укрниипроектсталькон-струкция. М.: Стройиздат 1989 - 159 с.

109. Постанов В. А., Дмитриев С. А., Елтышев Б. К. и др. Метод суперэлементов в расчетах инженерных сооружений. J1. : Судостроение, 1990.

110. Правила технической эксплуатации резервуаров и инструкции по их ремонту / Государственный комитет СССР по обеспечению нефтепродуктами. М. : Недра, 1988, - 269 с.

111. Применение метода конечных элементов к расчету конструкций: Учебное пособие для технических вузов / Р. А. Хечумов, X. Кепплер, В. И. Прокопьев; Под общ. ред. Р. А. Хечумова. М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 1994. - 353 е., ил.

112. Прокопенко А. В. Влияние низких температур на циклическую прочность конструкционных сталей // Проблемы прочности. 1978. №1. С. 56-59.

113. Прочность сварных соединений при переменных нагрузках. АН УССР. Институт электросварки им. Е. О. Патона: Под ред. В. И. Труфякова. Киев: Наукова думка. 1990 256 с.

114. Пэрис П., Эрдоган Ф. Критический анализ законов распространения трещин. // Техническая механика. 1963. № 4. с. 60-68.

115. Разработка способов ликвидации основных дефектов и повреждений мокрых газгольдеров п/о «Азот» Научно-технический отчет. ГПИ Сибпроектстальконструкция. Новокузнецк, 1983 г 169 с.

116. Разрушение. М., Мир Металлургия, под ред. Г. Ли-бовица. Т. 1 - 7. Пер. с англ. М. : Мир. Машиностроение. 1973 - 1977. 3216 с.

117. Райе Д. Р. Прикладная механика. М. Мир. 1968. № 4, 34 0 с.

118. Расчеты машиностроительных конструкций методом конечных элементов: Справочник / под общ. ред. В. И. Мяченкова. М. машиностроение, 1989. 520 с.

119. РД 22-207-88 Машины грузоподъемные. Общие требования. Нормы на изготовление М., 198 8г.

120. РД 24.090.97-98. Оборудование подъемно-транспортное. Требования к изготовлению, ремонту и реконструкции металлоконструкций грузоподъемных кранов. М. ВНИИПТмаш. 1998 г.

121. Рекомендации и нормативы по технологии постановки болтов в монтажных соединениях металлоконструкций. М.: ЦНИИПроектстальконструкция. 1988 г. - 108 с.1. Ф 288

122. Реконструкция промышленных предприятий. В 2 т., т.2 / Топчий В. Д., Гребенник Р. А., Клименко В. К. и др. М. Стройиздат 1990 г. - 623 с.

123. Рибицки Р. Повреждения и дефекты строительных конструкций. М., Стройиздат 1982 с. 216.

124. Руководство по расчету стальных конструкций доменных печей большого объема, ЦНИИПСК, М. 1975 г.I

125. РД 11.288-99 Методика определения технического состояния кожухов доменных печей и воздухонагревателей. Постановление ГосГорТех надзора -М., России от 02.06.99г.

126. Савин Г. Н. Распределение напряжений около отверстий. Киев.: Наукова думка. 1968. 887 с.

127. Савин Г. Н., Тульчий В. И. Пластинки, подкрепленные составными кольцами и упругими накладками. -Киев: "Наукова думка", 1971. 268с.т 12 9. Савин Г. Н., Тульчий В. И.'Справочник по коэффициентам концентрации напряжений. Киев.: Выща школа. 1976. 410 с.

128. Сафарян М. К. Металлические резервуары и газгольдеры. М.: Недра, 1987. 200 с.

129. Сахновский М. М., Титов А. М. Уроки аварий стальных конструкций. Киев. 1969 г. 200 с.

130. Сегерлинд JI. Применение метода конечных элементов.- М. Мир, 1979. 392 с.

131. Серенсен С.В. Вопросы несущей способности при малом числе циклов нагружения.// Прочность при малом числе циклов нагружения. М: Наука. 1969.- с. 6-25.

132. Серенсен С. В. Об оценке долговечности деталей // Вестник машиностроения. 194 4. №7-8 с. 1-7.

133. Серенсен С. В., Когаев В. П., Шнейдерович Р. М. Несущая способность и расчет деталей машин на прочность. Руководство и справочное пособие. М.: Машиностроение, 1975. 488 с.

134. Сильвестров А. В. Повышение надежности стальных конструкций, подверженных воздействию низких естественных температур: Автореферат Дис. доктора техн. наук. Новосибирск., 1975. - 32 с.

135. Сильвестров А. В., Горбачев В. И. К оценке влияния потенциальной энергии упругой деформации стальной конструкции на вероятность хрупкого разрушения, «Известия вузов», МВиССО, серия «Строительство и архитектура». №12, 1974.

136. Сиратори М., Миеси Т., Мацусита X. Вычислительная механика разрушения: Пер. с японск. М. : Мир, 1986. - 334 с.

137. СНиП 2.05.03-84. Мосты и трубы. М. : ЦИТП Госстроя СССР 1988. - 200 с.14 0. СНиП 11-23-81 Стальные конструкции. Госстрой СССР 1988. 96 с.

138. Сорокин JT. А., Работа конструкций доменных печей. Изд. 2.: М., Металлургия, 1976, 352 с.

139. Стаканов В. И., Костылев В. И., Рыбин Ю. И. О расчете коэффициента концентрации напряжений в стыковых соединениях // Автоматическая сварка. 1987. № 11. С. 19-23.290

140. Стебаков И. М., Ларионов В. П. Низкотемпературная усталость стыковых соединений из низкоуглеродистой стали / Работоспособность машин и конструкций в условиях низких температур. Хладостойкость материалов. Ч. 2. Якутск.: С. 205-209.

141. Сильвестров А. В. Повышение надежности стальныхконструкций при низких температурах. Новосибирск, НИСИ, 1977 г. 72 с.

142. Технические условия на проектирование и изготовление сварных пролетных строений железнодорожных мостов. М. Трансжелдориздат. 1956. 160 с.

143. Технические условия проектирования железнодорожных, автодорожных и городских мостов и труб (СН 200-62). М.: Трансжелдориздат. 1962. 328 с.

144. Тимошенко С. П., Гудьер Дж. Теория упругости. -М.: Наука, 1979. 560с.

145. Томилин Д. В., Журавлев Ю. А., Киселев О. С. Расчеты напряженно-деформированного состояния паяного нахлесточного соединения методом конечных элементов // Автоматическая сварка, 1987. № 8. С. 18-20.

146. Трощенко В. Т., Покровский В. В., Прокопенко А. В. Трещиностойкость металлов при циклическом нагруже-нии. Киев. Наукова думка. 1987. 254 с.

147. Труфяков В. И. О методике расчета сварных соединений на выносливость. Сб. «Проектирование сварных конструкций», изд. Наукова Думка, Киев. 1965.

148. Труфяков В. И. Усталость сварных конструкций. Киев: Наукова думка. 1973. 216 с.

149. Ужик Г. В. Прочность и пластичность металлов при низких температурах. М.: АН СССР, 1957. - 192 с.

150. Ужик Г. В. Сопротивление отрыву и прочность металлов. М.-Л.: АН СССР, 1950. -256 с.

151. Фалькевич А. С., Анучкин М. П. Прочность и ремонт сварных резервуаров и трубопроводов. Изд. Нефтяной и горно-топливной литературы. М.: 1955. 148 с.

152. Фридман Я. Б. Единая теория прочности материалов. М.: Оборонгиз, 1943.

153. Хечумов Р. А., Кепплер X., Прокопьев В. И. Применение метода конечных элементов к расчету конструкций. М.: АСВ. 1994 -352 с.

154. Черепанов Г. П. Механика разрушения композиционных материалов. М.: Наука, 1983. 296 с.

155. Черепанов Г. П. Механика хрупкого разрушения. М. : Наука. 1974. 640 с.

156. Чесноков А. С., Княжев А. Ф. Комбинированные соединения стальных конструкций на высокопрочных болтах и клее. // Промышленное строительство 1967 г. №5 с. 26-31.

157. Чесноков А. С., Княжев А. Ф. Сдвигоустойчивые соединения на высокопрочных болтах. М. : Стройиздат. 1974 г. 121 с.

158. Шафрай С. Д. Повышение хладостойкости стальных си-лосов для хранения зерна. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. НИСИ. -Новосибирск: 1980 г. 204 с.

159. Шафрай С. Д. Повышение хрупкой прочности стальных конструкций при низких температурах. Учебное пособие. Новосибирск, НИСИ, 198 9 г. - 88 с.

160. Шевандин Е. М., Разов И. А. Хладноломкость и предельная пластичность металлов в судостроении. J1.: Судостроение, 1965. 336 с.

161. Шкинев А. Н. Аварии в строительстве. М. : Стройиздат, 1984. - 320 с.

162. Шпете Г. Надежность несущих строительных конструкций. / Перевод с немецкого О. О. Андреева. М. : Стройиздат, 1994. - 288 с.

163. Яхнин Р. Н. Ремонт металлоконструкций мостовых кранов М. Металлургия, 1990. - 96 с.

164. Dehlinger, U., "On the Theory of the Endurance Limit", Z. Physik, 115, 1940. p. 625.

165. Dugdale D.S. Yielding of steel containing alits. -J. Mech. And Phys. Solids, 1960. V.8., p. 100-104.

166. Freudenthal, A. M., "The Statistical Aspect of Fatigue of Materials", Proc. Royal Soc., 187. 1946. P. 416.

167. International Institute of Welding. Casebook of brittle fracture failures. I.I.W. Doc. N IX-753-71. Sub-Commission XD. 1971. - 78p.

168. Irwin G. R. Trans ASME, J. Appl. Mechs., 1957, 24, p. 361.

169. Irwin G. R. Crack toughness testing of strain rate sensitive materials, J. Basis Engineering, 1964.

170. Irwin G. R. Handbuch der Physik, Vol. VI. Berlin: Springer, 1958.

171. Irwin G. R. Structural Mechanics. New York. Per-gamon Press, I960.

172. Neuber H. "Theory of Notch Stress: Principles for Exact Stress Calculation", J. W. Edwards Inc. Ann. Arbor, Mich., 1946.

173. Orowan E. "Theory of Fatigue Failure", Ibid. 171. 1939. p.89

174. Orowan E. O. Energy criteria of fracture. Welding J. Res. Suppl., March, 1955, p. 158-160.

175. Orowan E. 0. Fundamentals of brittle behavior of metals. Symp. Fatigue and Fracture of Metals, Wiley, N.Y. 1952. p. 27-40.

176. Paris P. C. Et al. Stress Analysis and Growth of Cracks. ASTM STP 513, 1972, p. 141.

177. Shanley F. R., "A Proposed Mechanism of Failure", International Union of Theoretical and Applied Mechanics, Colloquium on Fatigue-Stockholm, May 1955.т

178. Sih G. С. Theoretical and Applied Fracture Mechanics, 1985, №4, p. 157-173.

179. Taylor M. A. General Behaviour Theory for Cement Pastes. Mortars and Concretes. ACI Journal, № 10, p. 756-762.

180. Weibull W. A statistical theory of the strength of materials // Ing. Veterskaps Acad. 1939. - v. 151. - p. 1-45.

181. Техническая докуметация на ремонт крана-перегружателя №7 трубчато-балочного типа Абагур-ской Аглофабрики АО КМК. Сибпроектсталькострук-ция. Новокузнецк 1998 г.

182. Техническая докуметация на ремонт крана-перегружателя №6 трубчато-балочного типа Абагур-ской Аглофабрики АО КМК. Сибпроектсталькострук-ция. Новокузнецк 1998 г.

183. Техническая документация на разработку листового вантового усиления для крана-перегружателя №8 трубчато-балочного типа Абагурской Аглофабрики АО КМК. Сибпроектсталькострукция.Новокузнецк 2000г.

184. Техническая документация на разработку усиления для крана-перегружателя трубчато-балочного типа Ангарской ТЭЦ. Сибпроектсталькострукция. Новокузнецк 1997 г

185. Техническая документация на разработку усиления для крана-перегружателя типа VTA KRAFT Новокемеровской ТЭЦ.- Сибпроектсталькострукция. Новокузнецк 1998 г

186. ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

187. А.С. 10132 В23Р6/04 Усиление сварных тавровых сопряжений листовых элементов с трещинами.

188. Конаков А. И., Мельников Д. С., Новиков В. М. Проблемы и меяоды обеспечения безопасной эксплуатации мостовых перегружателей // Безопасность трудав промышленности. 1998. - №10. - с. 4 0-42.

189. Конаков А. И., Мельников Д. С., Шафрай С. Д. Анализ развития усталостных трещин в металлических конструкциях кранов-перегружателей. // Известия вузов. Строительство. 2000 г. - №1. - с. 128133.

190. Мельников Д. С., Шафрай С. Д. Анализ напряженного состояния в узлах усиления листовых конструкций. //Изв. Вузов. Строительство. 1999. - №4.

191. Мельников Д. С., Шафрай С. Д. Анализ напряженно-деформированного состояния узлов конструкций при билинейной работе материала. // Изв. Вузов. Строительство. 2001. - №6.

192. Шафрай С. Д., Мельников Д. С. Конаков А. И. Динамическая повреждаемость металлоконструкций кранов-перегружателей. Сборник тезисов докладов 54 научно-технической конференции НГАСУ, 1997 г. Новосищ бирСК.