Влияние технологии изготовления на напряженно-деформированное состояние металлоконструкций подьемно-транспортных машин.
В настоящее время существует ряд расчетных методик определения наиболее рациональных форм и сборочных технологий элементов металлоконструкции (МК), а также способов проектирования как конструкции в целом, так и отдельных ее узлов. Далеко не всегда эти методики учитывают все факторы, влияющие на напряженно-деформированное состояние (НДС) узлов и МК в целом. Одними из наиболее значимых факторов, который начинает оказывать влияние на металлоконструкцию еще до приложения рабочих нагрузок и деформаций, являются поля остаточных напряжений и деформаций.
Остаточные напряжения снижают надежность конструкции, а при низких температурах способствуют хрупкому разрушению даже в ненагруженном состоянии. Неравномерная деформация основных элементов крановых металлоконструкций ухудшает работу механизмов, создавая перекосы ходовых частей, ускоряет их износ и увеличивает расход электроэнергии. Осложняются монтажные работы из-за необходимости применения мероприятий правки. Увеличиваются трудозатраты на сборочно-сварочные работы. При переходе металла в хрупкое состояние остаточные сварочные напряжения играют роль дополнительной нагрузки и, следовательно, увеличивают вероятность хрупких разрушений. Зоны, близкие к сварным швам, являются очагами повышенной конструктивной концентрации напряжений и местами возникновения хрупких и усталостных трещин. Остаточные сварочные напряжения оказывают влияние на усталость соединений. Так для продольных швов МК подъемно-транспортных машин (ПТМ), например, для продольных швов пролетных балок, остаточные напряжения в растянутом участке первоначально равняются напряжению текучести. При нагружении кранов максимальной испытательной нагрузкой начальные напряжения в шве немного уменьшаются за счет пластических деформаций. При работе крана остаточные напряжения складываются с напряжениями от рабочих нагрузок. Полученное суммарное напряжение и должно учитываться при расчете на усталость. Потеря местной устойчивости пластин, входящих в состав крановых сварных конструкций, может происходить не только под действием внешней нагрузки, но и под действием внутренних сил, вызванных остаточными сварочными напряжениями. А в ферменных стреловых металлоконструкциях искривления поясов, стоек и раскосов, вызванные остаточными сварочными деформациями и напряжениями, подчас приводит к снижению на 20-25% критической нагрузки. Становится ясно, что расчетная методика, учитывающая поверхностно или совсем не учитывающая поля остаточных напряжений и деформаций не может давать приемлемый результат. Величины и характер распространения этих полей в узлах МК зависят от многих факторов, основными из которых являются: материал, из которого изготовлен узел; топология узла; параметры сварки (режим сварки, наличие вспомогательных приспособлений, последовательность наложения швов, применение предварительной прихватки, наличие мероприятий по регулированию остаточных напряжений и деформаций) и др.
Месторасположение соседних узлов и топология их соединения друг с другом также оказывают существенное влияние на формирование напряженно-деформированного состояния металлоконструкции, как в процессе сборки (сварки), так и при восприятии эксплуатационных нагрузок. Суть этого влияния заключается в том, что каждый отдельный узел в реальной конструкции нежестко связан с другими, и при его расчетах необходимо учитывать податливость соседних узлов, которая зависит от взаимного пространственного расположения узлов, а также геометрических характеристик соединяющих их стержней.