Численное исследование напряженно-деформированного состояния листовых узлов пространственных крановых металлоконструкций

Численное исследование напряженно-деформированного состояния листовых узлов пространственных крановых металлоконструкций

А.В. Вертинский, докт. техн. наук, профессор
А.А. Понитаев, канд. техн. наук А.Н. Шубин, канд. техн. наук
МГТУ им. Н.Э. Баумана

Металлоконструкция (МК) крана во многом определяет его стоимость, массу и надежность. Проектирование современных крановых МК, отвечающих требованиям безопасной эксплуатации, связано с повышением их технологичности и несущей способности.
В последние десятилетия при изготовлении грузоподъемных машин стали широко применять листовые МК, что усилило внимание к их проектированию и расчету. Некоторые широко используемые в производстве методы определения напряженно-деформированного состояния (НДС) таких конструкций основаны на сведении решения к задачам о сварке плоских пластин (листов). Однако в реальной конструкции типовые узлы являются трехмерными, хотя и формируются плоскими элементами, а, кроме того, в ряде тяжелых кранов толщина листовых элементов значительна, что не позволяет рассматривать компоненты только плоского напряженного состояния.
В МГТУ им. Н.Э. Баумана на кафедре "Подъемно-транспортные системы" разработана методика численного решения упругопластической задачи по определению НДС трехмерных узлов крановых МК на основе метода конечных элементов [1], которая позволяет, избежав указанные выше недостатки, провести анализ НДС сварного узла и при необходимости выработать рекомендации по изменению его геометрии или технологии изготовления, направленные на повышение несущей способности исследуемого узла и всей МК в целом.
Для подтверждения сказанного рассмотрим пример численного анализа НДС типового сварного узла крановой МК из листовых элементов, образованного в результате сквозного пересечения двух листов. Один из вариантов конструкторского решения подобного узла (не самый удачный) представлен на рис. 1. Здесь в отверстие в одном из листов пропускается другой. Сварной шов выполняется по кромке отверстия. Такой узел имеется в металлоконструкции мостового перегружателя МП 32 - 76,2. Он располагается в месте крепления опоры к основной конструкции (рис. 2). В мостовых перегружателях подобного типа, работающих на предприятиях РАО ЕЭС РФ (Каширская, Омская ТЭЦ и др.), в процессе эксплуатации через некоторое время в местах окончания сварных швов в данном узле возникают трещины. Учитывая сложный характер нагружения при эксплуатации крана с точки зрения уровня и распределения остаточных напряжений и деформаций, возникает задача установления причин, которые приводят к образованию этих дефектов.
Опыт эксплуатации мостовых перегружателей показал, что трещины, как правило, возникают в листовом элементе с отверстием. Он и был выбран для анализа. Геометрические размеры расчетной модели в соответствии с рабочими чертежами крана, представлены на рис. 3. Следует отметить, что реальный узел МК мостового перегружателя отличается от изображенного на рис. 1 тем, что листовой элемент, в котором проделано отверстие, является частью трубчатой конструкции, имеющей диаметр 3,2 м (рис. 2). Однако большой радиус кривизны и относительно небольшой размер зоны вокруг сварного шва, в которой формируются остаточные напряжения, позволяют считать такой элемент плоским.

Скачать и распечатать полную версию

Комментарии закрыты.