НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ СВАРНЫХ ШВОВ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАШИН

Белов В.А., Клашанов Ф.К., Тюрин  А.  (МГСУ, г.Москва, РФ)

Работоспособность металлоконструкций сварных соединений строительных машин зависит от многих факторов конструктивного, технологического и эксплуатационного происхождения. Следует выделить из всего многообразия факторов несколько доминирующих, к которым следует в первую очередь отнести механические свойства материала, из которого изготовлено сварное шарнирное соединение, режимы нагружения, остаточные напряжения, коэффициенты концентрации напряжений.

Сварные швы строительных машин  являются элементами конструкции, работоспособность которых зависит от вышеперечисленных факторов в том числе и от концентратора напряжений и остаточных напряжений, возникающих в процессе их изготовления.  Расчет напряженно-деформированное состояние этих конструктивных узлов вызывает определенную сложность даже при статическом нагружении в силу нерегулярности самой конструкции. Предварительную  оценку можно получить произведя расчет одной из программ, использующей метод конечных элементов.

В общем случае при упругом поведении конструкции напряженное состояние однозначно описывается симметричным тензором напряжений второго ранга. В строительном машиностроении часто конструкции, изготавливаются при помощи сварки из листового проката. Тогда поскольку элементы являются плоскими, то тензор напряжений будет состоять из 4-х компонент, а учитывая, что сталь однородная и изотропная, т.е. выполняется условие для закона парности касательных напряжений, то три компоненты полностью будут описывать напряженное состояние в точке.

Применение программ для численного расчета, с последующим аналитическим анализом позволяет дать оценку нагруженности металлоконструкций. Нагруженность элементов металлоконструкций описывается полем распределения тензора напряжений, а деформированное состояние однозначно описывается тензором деформаций. Для оценки жесткости конструкции удобно воспользоваться вектором перемещения.

Все эти величины в настоящее время можно получить используя какую-либо одну из  множества  программ, базирующихся на методе конечных элементов и разработанных  применительно к ПЭВМ.

Ниже приводится расчет элементов нахлесточного сварного соединения с последующей оптимизацией его конструктивных размеров. Согласно рекомендаций ныне действующих нормативных документов, например, СНиП II-23-81*, был произведен выбор размеров катетов сварного шва в зависимости от толщины свариваемого материала. Затем рассматривались как равнокатетные так и разнокатетные швы. По критерию максимума несущей способности определялись оптимальные размеры катетов шва. Ниже приведен пример расчета нахлесточного сварного соединения.