автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.05, диссертация на тему:Сопротивление усталости сварных элементов металлических конструкций кранов при ограниченном числе циклов регулярного нагружения

І^КІГРАДСКИл ГОСУДАГСТВЕННЫЛ ІьХНИЧЕСИ'Я УНИВЕРСИТЕТ

гіа прагах рукописи

ІЗТЬЛіЩАЛГ Леонид Кал^анозірг

- УДК 621.97.791:633.178.3

сопго'Ліа’кнгі; усталости сварных эле-’зггоз кеталлг-зских коіістгУкід'Л ктаіюз пр:і

0 ГРАНІ FiEKHCU 4ICJS ЦИКЛОВ РЕГУЛЯРНОГО НАГЇТсЕНІЯ

Сг:єцглль:>ості! 05.05.05 - г.одгс^нз-тр^гсгаргі'гз г—

іі оСор>т,оп"':::о С5.03.С5 - Т2ХК0Г0ГГЛ :: v.yy"'\

сгарз^зго про::зго,"2тгз

А з ? о р б о а р a ? дг.ссортац::!! '.’і сэисг:~::::э учеіяЗ стзп^і-::і ітзвдпдатг. тзхніпєскіїх wxyz

ЛгЯС2*рЗД 1531

Работа выполнена в Ленинграде кон государственной технической университете.

Научний руководители: кандедат технических нау;:, доцент ІВ.Н.йіуєеігчі: ,

доктор технических наук, профессор {1Г.И.Гохберг|.

Официальное оппонент: доктор технических наук, профессор Л.А.Копельизн;

кандидат технических наук, доцент ■

Н.Я.РозоескиЯ.

Ведушее предприятие - завод подъемно-транспортного оборудования ку. С.Ы. Кирова ПО "Ленподъеитранеиоя".

Запита состоится " *7О 1591 года и чмов на

заседании специализирОЕа!СіОГО Совета Д 063.38.20 Ленинградского государственного технического университета (1922:51, Ленинград, ул.Политех-^ Д.2Э).

С диссортшдиеб йозі» ознакомиться в фундаментальной библиотеке Ленинградского государственного технического укиаерсктота.

Автореферат разослан " 'ґр" ........ 1991 года.

УченыЛ секретарь

специализированного Совота Д 063.38.20, кандидат технических наук, доцент Ґ В.Н.Смиркоп

СЕф-Я ХАРАКТЕРЖТШ РАБОТЫ

Актуальность темы. •

Повшениз качества л надежности подъеико-транспортних пазик (ГПУ), ■■овергенствозание их конструктивных форм а значительной степени обус-:авлизается развитием современных методов расчета и проектирования.

Получившие в кракзстроении наибольшее распространение листовые :вар!ше металлические конструкции испытывает переаеннуп иатрузен-гость, которая приводит к образование усталостных трепки. Практика эксплуатации показывает, что очагши инициации усталостных третин, хая правило, является сваргае соединения элементов конструкций. 3 большинстве случаев невысокая наработка кранов до появления усталост-1слс третий а металлоконструкции свидетельствует о высоко Я локальной нагрузениэсти сварных соединений.

Принятая в настояяео время в кранос троении. истод расчета иоталло-гокструкний ка сопротивление усталости основывается рл использовании рэзультатоа ранее Еыполнетегх усталостных пзпытагаЛ пульсаторшгх образцов. Основтдги характеристиками сопротивления усталости, получзе-г:кмн при испытании, являптсл эффективный коэффициент концентрации напряжения К' и показатель степей! гн а ур1Г!!?*к:1 - СОП5Ъ

схсг.'зтизкрваннэЯ кривая усталости. Дакнуй четод прост и удобегс для применения, нз практически нэ позволяет дяффзреицнрэгмя оцокигзгь количествен!;оэ влияние на выносливость свпр’Г" соед:'ггз::::3 сс!:аг:."г; гонструятивко-тезнэлогичесяих факторов и тробуо? прогоденгтя Со’льсэгэ числа экспериментов.

Су^ествукзиэ рг-ёчеткые методы, дк**врз|:щгрв2!г:э у";::г.:с1гг:"-з ос-' коггаэ кокструктиши-технолоГ!г;;скнз хзраптер:;;т:'^:! сслдин;.'г:;Г*, позволяет оценивать предели кгаслипостн сгвр.'пгх сосд;'лв:г;:й, пз а ^достаточной :;ерз учитывав? оссбе!э:зст:г процезезз •-вт.г-сзг:;с.'п:::з :.о-кальшЛ характер, и из позволяет определить пзн^затзль стзпз.’в: П1 .

Неучет ”ест)шзс пластически деформаций при рв,счзтг.зн озрзделе:в:и характеристик сопротивления усталости свар'вк сэсдпнзннЗ "зталлзтгз::-етрукциЯ енгаает точность оцэ:г.к усталостей долгово’гностп я загруд-гает разработку конзтруктивнэ--ге:с!!олаг::’гсс:::~ £'срзпр”Лтл;1, цалравле:!-1ак ка их повлекло. • .

Работа выполнена гак часть каучло-гхеледогательехз: работ по ::г-

Автор гаразаег благодарность ::вл&ндату теггичззпа гауя, доцеату К.П.Мщп«яе за оказакныз каучкго ненкультациз.

' I

сдедоьлкэ котсхдичесих -кострукцкй грузопоАЧкин^а сгд:;;я ь *Сл»£.х

Об^ЕСОЕЗКЗЙ 1:ауЧКЭ-ТС2ШЧССКОП CporpoiSlU I1 0.13-.C-i *Создм-:с ii OCtOO-iuio производства 1^сокоэф}>зктясянх средств иехакхзац::;: it авто-аМза-15:11 согрузоч1;о-разгрузочних, подъев но-транс по рпса и скледсйкх рабо^ц со го рая yTBopyjeiia Постако влеки ей ГКНТ Is 335 ot 20-. I0-.t5 Is-.

Цельп работы является создание истоде расчета продело а ограниченной ылгасдяЕостя, углов наклона хривих усталости сеаркии элс^ен^ов кралошх иеталлонокструкциП с ди^-еренцировамюлл учетом осноыоа конструктивно-технолопгчссюа параметров и эаконоие^.носте-Л локальгюго циклического упругопласпгчсского де^оринровашш, направленного на по везение ict носунеЯ способности.

Научнус ноет try работи состасд/ют:

- иотод расчетной оценки, алгорлти и nporpaiaia расчета на ЗЬЛ пределов ограгигчекюП виз а с ли воет и и углов никло via схеиатионроиышух крашх усталости с capita олсаентов пранока металлоконструкций ftps:

is регулярное ц;;^зкчсскои нагруаенл;!;

- рлечотниз oa;;:ci:;ocT:i для опрздодоюгл коэффициентов подобия нап-р^лс^ю-дс^орипрзсанзаа состоянии глддх!» образцов-шитаторов и иетад ■«i окодо=оскоГ. Eoizi (0.13) ctapsaro соединен::.-:;

- PviCtiSTl—3 0b5«SLU5SrU ДДД 0Пр-ЗДеДС1ал тагффЗДОИТОВ концентрации

к грэдксшон упрупа к упругопластичссгиа uanp^Ciml! и дсфорлациГ; в крестоиз и saspoiua по форио ссар:са соединениях с гсометр;гчсск!«» роверах: и ctof.ST&auu исталль характерна:: для jcpiKotia иотелдохон-струкцкй; '

- SCKOHOaepitOCTil СГаТИЧОСЕОГО, чело- Я ЬНОГОЦНКЛОССГО де-форикроса-1Ш основного ыетадда я иеталда 0~3 сварных соединения из кранострок-гсдыса стадей а ыадлттеосхг.с завкг^ости :а опнеиваелко;

- закономерности ез&шодо^тпл полей напрллоый о? ссаркм я внс=-1:з2 г-агрузкп в оо>са зерегдеш-" усталост!са трслин евлрних элементов краизыа ыгталдоко^грукцмй ерц :а цнкдкчсссоу натру; сил;!.

Практическая з:ачк^-ость работа состоит и той, что разработши^л цетод.расчета характср^стцх сопротивденгл усталости csapica олс_'еа-тов, расчопа;з aacixssjocTU длл определен;;,! :;агру.:е№юсти металла ойо-догэкэй 30JCJ сосдкксикл пр;: его упругой « упругоплги-тическои дефор-ииросашш, а такхе результата экспор;иептадышх кссдедосдолЯ по опре-деде.чиг статцчогкях ц устолоспса сьоГ.ств крансстроутельюа сталеП и v.’галла зон тери;гческого влияшед ia сварных соединении калиа срилеио--pa оценке выносливости csapaa элементов храног^а, экскаватор-

scxx ;t друг:к ь'ст.оллогз негру гц:;!;.

?азр?.ботак>:,-Л иетсд расчета характеристик сопроткзлем:ь". усталости позволяет сократить о Sitvu ус талес тгегс «зЕ/гакн.*! разгкчкз: ту.соэ сеар-i^rx соед!'.нс:п:Л, "оп’.'зить глдезкзсть сзар;-г.;з ~о не труп::: ft подборе'.! оя-т:г.!злыса сочетзлиЗ констругтивно-техкэгэгкчссизс прчетроэ =гоз и о':o.zo=3i->rrx зон.

Результат"-’ работи энедре'гл я практк:су работи Серо горталызп ^рано з отдела главтаго конструктора эзгода 1ГЮ in.С.П.Кироса ПО ”":гнподъ-с’-'трз.чс:;^", отделекгл К.' “Продето.!", огдедек:л ,тро’":~от.': ЩЗ

ПО "ihopcj'iifi л а год".

Агтоо£~ц'.л работ». Результат;! работ;! докллд;!гол::сь it подучил:! пого-Сие.ч.’су ::а myv.”:o-TciK!tuecKio: ссчкнаргг "Пр".':о.,:с\,':г1 ""т:'".?::-час^зс методов ;i 0L'! п сварго" (."гглиград, .’'Дп’ТП, 19-2) г.с;л 1987 г.), "Соярочешт^е способа обеепечет’л кадет, кости и прочузегл сгар!".*х ncif^T— гугцлЛ" (Лсн/.чград, Г^гГГП, &-ZI 1963 г.); Взесогангч соггл".я:;;:

"iipo-:!;ocT!> няд^мзетъ з^сгауатсроэ длл откр'.'тгг^ ropirr; работ’ (г.Кр-.снолрзх, LI-23 ;:гчл 19 йа г.); с о пег злил Н-сссосзкзЛ гси;:ос:::! г.з нехскиг? рп; •узенлч ( г. Рссто гнп-.Г.э try, октябрь 1У63 Г.); .”:~:ду::ар’гд::о' "С; пр.>г"> гомгтруг:::!::" (г.Х::оз, 1:?-£3 ссктлЗрл ISSO I*.); 1'лу'.:;(л-т.'?х::-г’:'лз!'оГ, п"оло-сс'':-’*ар2 "'.'схглг;гг г'зругггчг'’ "Г0’П"2”''.

С"."р:"~ со''д'-."л.'г;." :: ::згзтг-у:!г:*” гг р.-, .'“ПИ, I Г—15 ”гр:л

Г/:‘1 Г.).

ПуОлгдгпии. Осю:”."' р-.гульт’л-! "тс:'’■or'"-:' отх—з 9 гг"'.~“~ рл >отзд.

СЗг-; работ:;. /I ccjpr: ззстс:? 'л "--г; г""."» :r*i.r:* ~-

сп..з::з л::т27 «т^р1; {lib з:ггг-:-г-:'.:г"; ~

стрлгтц :;-.-::::зп.-.с:-зго 7"ггт.;, с'.З.г"» :? 07 -г:.

со,г:7'рмотл

'Ь •^-erc?'-;:; збгз!'о "va г.:г™\'л;.г;з’.'. т”" ."гзег""'"”:, го с?', ко п.-а цел:: :: г^д?.-: ::оеледзг-.':"“:.

5 пзгчзП ;’:лг; гтрипде:: рзгультлтэз устадгзт;-" т’-ггл.*.’::'”

c»p:iK соед::м:.т::Г:, Г4.тэ.тл?!пг.*г f азд.тгт’гк гзеггдаззтгдд’г:;, :: еуггсг-пуг—п стзгл'рто:- гз o:;oirro тгдлатздл П. стстз^гзго ург;?>::гн.ил G',f.1 » о cc.-ist , опрздз.'.лг:сго угз-, ус;г-лгзт::о” гр-:пП. Пзг-.л'^гз,

что по”лзатель п длл одегс: я тзг тэ ?::пэз сгзрггл: со?-:а!?г«'.1 псл.?5-летсл з пиропе: зр-зделад, ТХ=, »:гор-:зр, длл сг-гхогис сз лоуглоро.г^:зтаЯ ст?-::; зка^г.ггл m :;.сге!Г.стсл о? 3,71 .",3.9,2, а ."•тгзд'зггрзг'^.’злл стгд;: * о? 3,33 г.® 7.to.

Являясь одной кз интегралышх характеристик сопротивления усталое тк сварных соединений металлоконструкций, показатель Ш зависит от типа, раздоров и конструктивно-технологического исполнения соединен» закономерностей циклического деформирования металла околзшовной зон! в упругой и упруго пластической областях. Он необходим для проведение расчетов ка сыносливость крановых металлоконструкций при регулярном и случайной нагрувениях.

Предлагается метод расчетного определения пределов ограниченной I носливости и показателя т. , базирупзшйся ка том, что кривая ; талости сварного соединения в номинальных напряжениях строится по п; раыетраы кривой усталости металла его расчетной зоны. Расчетной зош является участок крупного зерна зош термического влияния (ЗТВ), на ходядийся в области геометрического сопряжения металла шва с основк металлом и являшийся местом зарождения усталостной треоины. Металл расчетной зоны может деформироваться упруго или упругопластически, зависимости от геометрии сопряжения, размеров сварного соединения, сварочных остаточных напряаений и уровня внешнего нагрукения.

Процесс усталостного поврездения и начала разрушения рассыатрива отся как двухстадийный. На первой стадии учитывается внутренняя нес ционарность процесса упругопластического деформирования металла рас четкой зоны, в конце которой формируется ЦДС, характерное для второ установившейся стадии деформирования.

Принимается, что усталостные характеристики расчетной зоны свар! го соединения и образцов из металла расчетной зоны идентичны, если НДС подобны и объемы металла, в которых зарождается усталостные тр< вины, равны. ■

Внешнее нагруяенко сварного соединения рассматривается регудярш Сварное соединение считается разруиекшу, если в его расчетной : но образовалась усталостная макротрепина. Количественно этот момен-отогдествляется с мерой накопленного в металле расчетной зоны усталостного повреждения сб и X, которая складывается из повреадаемост] на персом внутрешз нестационарном этапе деформирования и пов рездаеыости с1^ на второй устоиовиваеися этапе деформирования, го есть пра

(I

1!ера повреждения ^ состоит кз квазистаткческой и усталостной сост ляюнх, а.иора повродения учитывает внутренне стационарное уст лостнао дефориированна, что позволяет преобразовать выражение (I)

rt .

e?° + ___________ 2NH - К _ .

es>' Zip' + £pS' (2Nn-k) 2Nk

i»< L 'K vc' Здесь 2р/= B'm4 6^+e<’CT - 6ПЦг/Е - пластстеская деформация нулевого полуцикла; е^' - деформация, соответствуксая временному сопротивлению металла расчетной зоны; e^v. еУ'. ев,т - средняя, амплитудная и остаточная сварочная в направлении циклической нагрузки деформации металла расчетной зона для нулевого полуцикла нагруяения соответственно; £ , бпч - модуль Шга и предел пропорциональности металла рас-

четной зону; £р^ - пластическая деформация внутренне нестационарного I -го полуцикла; - пластическая деформация, ссответствуетая

начал}' внутренне стационарного процесса деформирована металла расчетной зоны; К - число полуциклоз нагружения соединена, которьу свойственна внутренняя нестационарность деформировать металла расчетной зоны при действии номинальных напряжений СГКМ ; - число циклов

нагружения сварного соединения, которое мспет сцдергать металл расчетной зоны до момента появления иакротрсгины.

Искомой величиной в уравнении (2) является число циклов нагружения спорного соединения Г0,| , которой ао:;о? ь-цдер:ать цетазл расчетная зо-нч соединен/-! до момента поя пленил макротрепнны при нониналыпс: напряжениях G;9.

Пластическая составляспая чефор-'ацин зависит от ::зефф’:циента ::он-центрацип деформаций Кг , амплитуди номинальна напряжения 6а. , циклического предела пропорциональности SP" металла расчетной 20!а И определяется зазис1П.'0стьэ '

4; = (2^-^) . <3)

Число циклов Ы* металла расчетной зо!П сглр:аго соедпнзння зависит от уровня устпновиЕгеГсл з К -см полуцихлэ Дофор-'ЗЦНН .

Если она оказивается ылзз точки перехода £jb от иалоцнкловоЯ области деформирования г: многоциклог-ой (рисЛ), то определяется из ураз-нения Коффина

\/ГПг

n« = (W£. . - '«

««

где \\ - коэффициент подавил деформированного состсязс-л металла расчетной зоны ccapi.-ого соединеш-Л деформиров^Его-лу состояния.металла об--разцов-иуитаторов этой расчетной зоны.

Рис.1. Кривые усталости гладких полированных образцов-имитаторов, металла расчетной зоны и сварного соединения

Параметр ГП.{ и Ср определяется по результатам малоцикловых испыта-ни Р. образцов-имитаторов металла расчетной зоны сварных соединений крановых металлоконструкций.

В случае, когда уровень установившейся в к -ом полуцикле дефорла ции находится няне точки (см.рис Л), то число ЦИКЛОВ Ык «е талла расчетной зоны сварного соединения определяется из уравнения •Велера л _

, <»

где 6^ - напряжения в металле расчетной зоны сварного соединения

для К -го полу цикл а нагружения; Ы* - долговечность металла расчет/» Р V

ной зоны в много цикловой области, соответствушая напряжению С** ;

% ~ 4<а0ффицаент подобия напряженного состояния металла расчетной зоны сварного соединения напряженному состоянию металла образцов-имитаторов этой расчетной зоны.

Параметры 6д и гПд определяется по результатам многоцикливых ис-сытаний гладких полированных образцов-имитаторов металла расчетной зоны сварных соединений элементов крановых металлоконструкций.

На основании теории "наиболее слабого звена" для коэффициентов подобия *4 и получены выражения:

б

)г)/(^Би1^Ре , (7)

где к. , Ъ , р , сС , Ь - геометрические размеры образцов-ииитаторов и расчетной зоны сварного соединения; б£ - относительный градиент упругопластических деформация при циклическом нагружении; ££2“ =

= 0,5—и,8 - коэффициент масштаба для металла расчетноЯ зоны; -параметр, зависяяиЯ от теоретического коэффициента концентрации о6в и относительного градиента С$ упругих напряжения в сварной соединении.

Таких образом, решения уравнения (£) относительно долговечности Ыц для ряда значении (?,?„ позволяют построить кривую усталости, определить ее угол наклона и оценить пределы ограниченноЯ кзислиеостл ссар-ного соединения крановоЯ металлоконструкция".

Вторая гласа посвяжена исследований заг^змерностеЯ дефор,:зц!,.01::пз-го упрочнения при растяжении гсраносгроктелькл с тале Я СтЗ, 17ГС,

С9Г<£, ЮГ2С1, 1иХСпД и металла расчетноЯ зона сварках соединения стали 1иХС;й, использованная з работе длл проверки розработшшого метода расчета.

Закономерности деформационного упрочнения металла лзллатсл ::с:;од-шгди при определении коэффициентов концентрации Кс и относительных градиентов Се упруго пластических деформаций, а га::жз сгри анализе взаимодействия полей напряжения от ссзр::н и эксплуатационной нагрузки.

Для аппроксимации истинных диаграмм деформирования рассматривалась следуссие зависимости: урзвкенне Холлоиона СЗ =}<(ё)ги< ; степенная функция (э=(£)г''2 полигоны <3 = -*• <5^ О ; § : С11+Ьгё +С^в) \

ё =а5+55ё*“СзСё)1 в)5 ,

где в-О/Ст - относительное напряжение; в : в /2Т - относительная деформация; 6т . ет - капрлзение и дефор!ац:я, соотзетствугяио пределу текучести. •

С цельа получения сгатисг:песх:к харзкгэрнстлг материала количест-

7

во образцов по каддой стали составило от 16 до 19 образцов, за исключенной стали Г7ГС - 7 образцов.

' Исследования диаграмм статического деформирования, а тагске сопротивления мало- и многоцикловой усталости металла расчетной зоны сварных соединений металлоконструкций кранов проводилось на образцах изготовленных из стали ЮХСНД (прокат 5 = 20 мм) и подвергнутых термообработке, имитиругсей сварочный термический цикл участка крупного зерна ЗТВ сварного соединения. Актировался термический цикл сварки, со скоростями охлаждения в температурном интервале наибольшей интенсивности распада аустенита (600-500 °С) = 5 °С/с, = 40 °С/с.

Рассмотренные скорости охлаждения характерны для сварных соединений крановых металлоконструкций, изготовленных из листового проката сталей толэиной до 40 им. Кдитация сварочного термического цикла выполнена на модернизированной установке ЗЕТАРАМ.

Выполненные расчеты и эксперименты позволили определить следушее: диаграммы статического деформирования исследованных краностроительных сталей наилучзим образом аппроксимируются полиномом степени п } 2; использование степенного уравнения возможно в области деформаций (Г ^10; аппроксимация полиномом второй степени дает практически одинаковый результат с уравнением Холломона; наибольаая склонность к деформационному упрочнению наблюдается у стали ЮХСНД и металла расчетной зоны ее сварных соединений; образцы-имитаторы ( = 40 °С/с) исполь-

зуются для исследований механических свойств и характеристик сопротивления усталости расчетной зоны крестового сварного соединения листов стали ЮХСНД, то длиной Ю мм.

Третья глава посвяаена исследованию напряженно-деформированного состояния (НДС) околошовной зоны (ОШЗ) сварных соединений крановых металла ко кструкций.

Широко распространенные в краностроении сварные листовые конструкции имеют внутреннюю систему приваренных диафрагм, а тыке продольных ребер кесткости. При этом для приварки указанных констструктивных эле-ментоц используются угловые сварные иеы, составляшие примерно 70 % от облей протяженности пеов. В связи с этим исследовалось влияние конструктивного оформления угловых ивов, симметричных сварных соединений с одним и двумя приварными поперечными ребрами (тавровые к крестовые по фэрые с одним разрезным элементом) на параметры нагрузсен-ности металла расчетной зоны. .В качестве исследуемых параметров приняты: в упругой области дефэрмирования - теоретический коэффициент концентрации и относительный градиент напряжений; в упруго-

пластической - коэффициент концентрации Ке и относительный градиент Се деформация. Относительные градиенты 1*0 и характеризуют объемы металла, НДС которых превышает напряжение и деформацію

Єт соответственно. Величины сСг, Сб , ц Ке испольэуптся з расчетных зависимостях (3)...(7). Сварные пвы рассмотрены с поліса проплавлением приварного элемента. НДС сварных соединений исследовано численні."! и экспериментальна методами.

Учитывая надежность, точность и простоту интерпретации получаемых результатов в работе приняты экспериментальный - поляризационно-оптический метод и численный - метод конечіаїх элементов (ІіКЗ). При постановке численного эксперимента использован метод планирования эксперимента Соболя-Статникова.

Сварное соединение рассмотрено з услозиях плоского напрялега-гого состояния, что соответствует условиям деформирования крановых металлоконструкций. _

Значения и С0 определены по результата:! решения 50 плоских задач теории упругости МКЭ и 22 поляризационно-оптических экспериментов. Значения К,- и определены по результатам решения 97 плоских задач теорий упругости и пластичности 'ІКЗ. На рис.2 призедсны расчетные схемы сварных соединений, а такте обозначены сарьируемь'э геометрические параметры. Рассмотренные диапазоны изменения.варьируемых параметров характерні для сваріаїх соединений крановых металлоконструкций и приняты в соответствии с известили работами, а такіо на основании исследования геометрии сварных звоз, выполненного з настоящей работе. Приняты следутие диапазоны изменения геометрически парамотроз: радиус сопряжения наплавленного и основного металлов - от 0,125 до

6 і.а!; толілина свариваемых деталей - от 10 до 40 на; горизонтальный катет ава Кг - от 4 до 10 мм; угол 9 , определяемый отнопением ка-

тетоз сварного два - от 30 до 60°; глубина подреза й' - от 0 до 1,6 мм; радиус дна подреза р - 0,55 до І іаі; "усиление" паз 8- -от -2 до +4 •;•!. •

Полученные зависимости сведены в табл.1 и теэт з качестве свобод-, ного члена число, равное среднему згаченип рассчитываемой характеристики з исследованном диапазоне геометр:гческ:сс параметров, что является достаточно эффективным средством для про веденій экспресс-оценок, при получении зависігіостей использовал метод группового учета аргументов.

Все полученные расчетные зависігмости в явном виде дифференцирован-

ш учитывают влияние геометрических параметров на характеристики на-груженности расчетной зоны сварного соединения. Расхождение результа тов численного и модельного экспериментов и расчета характеристик на гругенности ОПЗ сварных соединений крановых металлоконструкций по по лученным зависимостям в подавляшем большинстве случаев не превылалс 10 56.

Рис.2. Расчетные схемы сварных соединений: а-крестового; б^Тйброва

В четвертой главе исследованы закономерности дефориироЬйния нетс лс расчетной зоны сварных соединений крановых иеталлокоНсТрукциЙ в ласти пало- и иного циклового нагружения, а также при взаимодейстгш полей напряжений от сварки и эксплуатационной нагрузки.

В экспериментальной исследовании сопротивления малоцикловой уст< лости основного иеталяа и металла расчетной зоны в качестве основш использовалось нагругениё с контролем по деформациям.

Результаты усталостных испытаний в области малоциклового нагруж шш (сюиетричный цикл растязенкя-сжатия с частотой 1-3 цикла в ми аппроксимировались уравнениями типа Кофеина

амплитуды деформации цикла гагрукешш гладких образцов; {V - число циклов до разрушения. -

Результаты усталостных испытаний в области многоциклового нагр> щя (чистый изгиб с врааениеы 3000 циклов в иин.) аппрокекдировалі

т

, Таблица i

Расчеишо заьисдоости для определения характеристик локальной нагруженности , околоеошюй зоны крестових и таьрових сьарних соединений

пт соединения

Креето со а

хаьрово е

da-{u -\фи'%л)> tM.ff [\ч •

. япр.1вмрф£}м№(+)'г] ■

гдз &9=‘arclg(2ScosB/Kr); •

при Я/2кф ,rqh8,9iys;npu9/S>Q,l п=НЯАД0/2.

-Sin (вч£)-I - u(}f (т) °'5] ,

где aQ^arcig (2ScosQ/Kr) при Я/SiOJ П- 0,b3,9 R/S; при R/S>0J м *b(R/S-Ql)/2.

ф,№фш’(д,лв)-%.

*Ял r/f/'_ ^(VpJ ’ при fyS ^ OJ

^ ЩьшЬ/гР £ .

? - daOe He(P«/Gi)~i

b<rfo-1)fg/6T)'. ЯеКМ)5 >

где ((в /гт )=f0'6nf“ Ms 4 °.°5' *» Iwfa/Crf5 nrpu R/s>y0tD5.

£ Ирииечшиш: При отсугстшш "усиления" ana

Kfmijfi J2l- f |f|)

/Г- &&Qcr______ Ke fey /6T)~i

*& 6 ^ R/s< 0,05;

lO^foA/ npu R/S^0,05.

- о, л9- О; подреза - i/P - О-

уравнением

N = СопЗЬ . (10)

Параметры уравнений (8)-(10) приведены в табл.2. Предел выносливости 3-1 определен на базе испытаний N5 = 10 ^ циклов.

Таблица 2

Параметры сопротивления усталости основного металла и металла расчетной зоны сварных соединений

Характеристики сопротивления усталости

Материал малоцикловой • много цикловой

Щ* Са пг. С т6 Си, МПа

Сталь 10ХСЦЦ 0.45У 0,151 0,552 0,287 - йи

Металл 1?< =5 °С/с 0,513 0,336 0,668 0,249 15,1 324

ЗТВ 1?г=40 °С/с 0,618 0,066 0,612 0,413 13,5 346

Для определения полей остаточных сварочных напряжений (ОСЯ) использован НКЭ с экспериментальной проверкой принятых допущений и схематизацией. Расчет ОСН и их взаимодействие с эксплуатационными напря-сеиияни, выполнено с использованием программных комплексов, разработанных В.А.Кархиньы и Б.З.Ыарголиньы. Решения получены с учетом после до ванных свойств материала сварного соединения стали ЮлСЩ.

С.целью определения степени корректности полученного решения выполнялось экспериментальное определение ОСН в околошосной зоне соединения. Определение выполнялось методом разгрузки и электрической ТЙН-зоиотрии. Исследовано было три крестовых сварных соединения, включаю-пее в себя 12 сварных швов. По результатам численного определения остаточных сварочных напряжений, цсредненных на базе тензоиетрирования получено С£т = 120 1Ша. Экспериментально определено среднее значение

109 ИПа.

Результаты расчета показали, что изменение ОСН в сварных соединениях с геометрически» параметрами и номинальной нагруженностыо,харак торными для крановых металлоконструкций,происходит,главный образом,в течение первого цикла нагружения. Последугсие циклы нагружения практг чески не изменяют ОСН и их уровень мокко считать установившая.

Пятая глава посвяшена вопросам практического использования разрабс танного метода расчетное оценки пределов ограниченной выносливости, показателя степени пг и кривых усталости сварных соединений крановь металлоконструкций. Описаны алгоритм к блок-схема расчета. Выполнено

сравнение результатов расчетного и экспериментального определений характеристик сопротивления усталости исследованных крестовых сварных соединения, выполнено расчетное проектирование узла приварки обечайки портала к верхнему поясу для крана КПП-16. ■

Экспериментальное определение характеристик сопротивления усталости сварного соединения проводилось на инерционном пульсатора при симметричном цикле растяжения -сжатия. Серия вклвчала в себя 10 сварных образцов из стали І0ХСНД то етико Я 10 мы, изготовленных по техшлогии принятой на заводе ПТО ПО "Ленподъемтрансмаш" для ручной дуговой сварки. •

Расхождение расчетных и экспериментальных данных по пределу выносливости в среднем составляет II %, по котангенсу угла наклона - 12 %.

ССгіЗЗїНЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ЕЫЩПУ

1. На основе анализа разрушений и нагрушенноети крановых металлоконструкций выявлена необходимость расчетной оценки пределов ограниченной выносливости сварных соединений с учетом процессов локального упругоплпстическэго деформирования металла околозовпоЯ зоны. Пэказагго, что повышение точности расчетных оценок характеристик сопротмздегп'Л усталости в сира ком диапазоне долговечностей “озет быть достиг: гу то

при дифференцированном учете основных конструктивно-техз:олог:гчсс:піх параметров и закономерностей мало- и многоциклосого деформировзісія металла сварных соединений.

2. Путем синтеза силового и деформационного подходов к анализу сопротивления усталости получены основные уравнения расчетного метода построения кривых усталости сварных элементов крановых металлоконструкций при регулярном нагрухении с оценкой их углов наклона и продолов ограниченной выносливости.

3. Получены зависимости для огтределеш-л коэффициентов подобия нап-

ряженно-де^рлтро ванного состояния гладких лабораторных образцоз-;глі-татороз участка тгрупіюго зерна ЗТЗ при упругом и упруго пласт:ічос::см депортировании тавровым п крестовым соединениям лкстовых металлоконструкций кранов. . '

Л. Для ::сстльзуе!ыг з кр-г.-остроеигш сталоІїСтЗ, Г7ГС, 09Г2С, І0ГЗЛ, І0ХСНД статистически їіселедосакі диаграммы с?ат:гчоского деформігровзиля и определена аппрокс.смирупзие их зависимости. Показана огракэтенкая возможность использования з расчетах лккзйяоЯ п степейзэЛ без коэффи-циеігта аппрзга:гм:груг^:д: зав::а!г:остеЯ.

5. Э"спзр;;ленталькэ устаьоалеко, что сопротивление ycsr.ocv:, yvaav ка круглого 3epiia ЗТБ, paccuarpnaaeifiac нкзколегнроЕакнщс сталеН, xazzc сопротивления усталости основного металла как в и*ало-, таг я в uijoro-цикловой областях иагрукснуя. При невысоких скоростях oxscz,ценил

5...<0 °С/с Се диапазоне наиболее интенсивного распада аустенита) че-талл ЗТБ стали ЮХСНД в облает;; иодо циклового кагрухенкя слабо разуп-рэ^истся. ОсггзагаЯ иеталл ото}' стали при иалоцикломи нагрукенип ела бо уГфОЧ! ПегСЛ. '

6. С пэа'о-ы: НО и пэляргаацноню-оптического иетода исследовано иаярдаешо-дефорлнровашке состояние зон концентрации напряжений и деформаций углзвих сва^нах свов б диапазоне варьирования. толгин дис-ТОЕ, катетов, радиусов перехода, усилен;:” и подрезов свов, наиболее ^срслстьрои дгн краювих иеталлоконструкци!!.

' Получат! алалктютскио зави/л^ости для определения коэффициентов коицонтраци;: _напрга:ешШ Uc и дефзриициЯ l\t , юс относительных градиентов Сс к &с, позволяшие определять нагруяенность расчетной soirj свар::12: соодг.«:г.>П!Й с погрешностью с подавляше-.: больсинстве случаев ::з пр'е^11_т.г.^о!: 10 ».

7. На са:овз р™сш:л ИКЭ тера'оссзрочнз!: к циклической дефориациок-

иоГ: о t3.m;-3дсГ.стк:;: сэлеК остаточках свароч>ас: каггрн^ениЯ с по

z~~j ov вла^лоЕ нагрузки ус\и:эЕЛС!.з, что с>;;~он;:е сварочнш: налрлсени

i:pa;:ot:a: сстйггэг.э»;ггру1эд:ях происходят, глаиаа; образо.:, в течение П-р^ого ца’ддд 1:агру^сгс;д. После аагораг;с;л этапа 1лутреине1; нестаукэ-г;^р;ссг>: процессов цлплкчгсаого дс\р ротировали?» металла околосэсюП. зо ic; сведшая a кгй усггвасгиссстся 1р;кг сг*утре1игго деформирования стл;:^":.'. от цлкла влажного пагругешгя. При этой изменяется vr.taie пара uovp:.’ погддеиграц;:;: п игданхческье характеристики иеталла 372. Н^учет cTivr f-алторэв пр:: оценке карате-трас ограниченное! долговечности суиест вус.:;—;: t пра] встроен::;. ио'.одаа-п расчета приводит к озкбгы.' не о запас ггрочкэстг..

8. Co^aiui прогресс расчета характеристик кривых усталости евлр-

олса-елтос с с vaxxo ко i:c тру run >■ кранов для 3SI, сов^естгаав: с l&~ PC

о'ьзкрусзапся i— сблучснних с работе аввкска-остях.

9. Результат Е^похпешвд: расчетов пределов в^зехивоет!’. и котангенса угла наклона усталостей правой содтверхде»а[ усталостями кспи-га^с^-и;: ссарад: соедккаш:П. Расхождение рзечгпаа: и экспср^снталмис: реэухьтатоо опродслснпя пределов каэсдиьзстк- гл-еилхось от 1,1 до

Г? 2, когангагв угда lianxom jtTaxocr/toi: крлюГ - 12 Удовхетсэ-ратсхызс сооуссгсгга'о pacvancs к sa-ab;pa:;c:rraxi.}aaj дыздх поз to-

яет рексмт-мдосать рмра5отл1"г.тЛ ?;»тод росчата харахтзр;:ст:'.х сопрзт.чп-смкя усталости сварка элем ент-оз крагап^. :: е га-о хо: :с т ру хц: - Л д.гч прдх-:ггсг::огз использования.

10. £ur:o".ном расчет узла соедхненля обечаГжл огплозха портала с ог-хч:?.! nor.ccu хра::л КП1-16 d двух засиантах Fo^cTpyxJnrr.oro хспсдмг-1:1 соединения. Показано, что замена с^четричмого таsporsorc ссздлма-:-л !!ес;г.тр::’-с1 для кракоэ КПП~Ю прнеоднт х синение ц::хл:г:есхэЛ o.-roficu!!ccT-u Пределы сграл/ГчгнноТ! з.чмосд.и'есг.: -it.ос сзед'.'-ИО’пЛ зави-

от рясс'-атригд'.'-'оЯ ^гл/чесх; Л долго речное ти» С pocrc'J делгэ^еч-ост;( рлзшиа чечду предела::.! ьь-мос л:;"ост:! рас с: >о треногих кокструхтлэ-ж глриаято? /сг.о:;«ейи.л расчетизгз узла позрастает, пс:*.йл;г5алсь :: ъ С мл З^-зй «.* io° цлхлоз.

l-ckd: )«:в полочен/л дгссерт.*.::;:ч опубл!!хаг-:п 5

I. Анплитнч-гско-.1 оп-*саи::э диarp:',r.i дерзрдрагие*.л !с1згэ.:гг::;'0:?з<2-:-:х стаде* rrp:>. одю:грат.чоч иагругемнл // Дегониросисдуз мдуяг^'э сабо-

ч,- IIC 165).- С. 1*12. (Соаыорч Елкс-чп З.Н., '!аг-.ула М.П.).

-".ссхедоранне хони-.мп'ра:::'.:? млпрг-:с:1;!Л з спр^д согд:и!з:сг.:: ■: гу л prf*5pi'-!it // Депониросшгаэ 1!луч;глз габоп.- 1965.- IK1C3).-.1-3. ’

3. 2 г ::с ?р::сст:1 упругоп.'ас?:ггсспого !!^пргг:с:с:э-дс.Ър!::роп*г''гг'>

осто.чкг-л з зонзй гэ!а;-энтрац:»:1 сгзригс п:оз // Труди :;и—%-п / радсх;:.’’ пол.'!гох:::г:осх:'.4 1963.- .'3 '13.- С.75-97. (Сог.:;:on

-гтула Л.П. К ‘

1. Солрэтлзтс:;:!о устадсст:*. иотаялз го:п Т2рг:г;осгзго спэ-

:.'х со"д.;н”!ПЙ ii.*_*:« -Ю/СИД / Созрпего?:'! схосо'м обсспочзихд ти :? прочиэсП сгармх хомструхц-Л,- Л.: Л$ТЗ, 1ЭЭ.- C.-'V‘5.

Соазтор Jiairtyra К.П.). ■ .

5. гаечетноо опр^делогхэ гч.то:хчар,'55?5Я "-’-эр.':грзгд;са опз.-его"-оЗ 331CJ c-apsarx йоеджгк;-'. ш'.сха.-'тхрогг'П-'д: стада?, // Д?пзг.:грою;5-

ругогихь / ■1Г“.!'1ГЭ]ПН^5АЛ.- 1' f^-lri-UO. (Со г. о тор .'la^iiy.-a л.ГЗ.).

6. ;!:хан;г;о!:х:га сгзГгтга исталда ioicj тор^тчосхогэ лл:'Ди;-_1 сгэр-дс: седх.чз.чх.Ч сттл:; ICXC.-;; ггр.ч ст.'.?:г;осггсм л ц^хд-.гггггхч >:arpj~c:H,!:t // ,ого:и;ро!?1.’г-*т рудзпхеь / L>I;СГГЭIГГГГL-,’j.- .7 £35-i-.Q. (Соаптор Г.игту-а К.П.).

7. Учэ? гздзбгл ::’ггр-^х:■:о:о-де-^яг::;рооэ.:опго состояло ггр:! сцекхе зпрсг.:зде;с*л ;*сталостп сглр:дс: соедм:гге1Я // Дсго.'дтрогиспл рукяпись лйГГ5лТла:'Л.Л.- и 62&rj-3'0. (Соазтор ”истуда К.П.)

8- Расчет долговечности сварных соединений металлоконструкций при регулярной циклическом нагружении.- Киев: ЮС иа.Е.О.Патона.- 1990.-С.І4І-І42. (Соавтор Матула К.П.).

9. Расчет характеристик сопротивления усталости сварных соединений при ограниченной числе циклов регулярного нагружения / Механика раэ-рупения и прочность сварных соединений и конструкция.- Л.: ДДНГП, 1991.- С.92-98.(Соавтор Ыадаула К.П.).

Подписано к печати C2.05.Sfi Тираж 100 экэ,

Заказ ЗУ/- Бесплатно

Отпечатано на ротапринте ЛПУ

І9525І, Ленинград, Политехническая ул., 29