ОЦЕНКА НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ  СВАРНЫХ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАШИН

 

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

 

В работе дана методика расчета долговечности металлоконструкций строительных машин с использованием результатов теоретических и экспериментальных исследований режимов нагружения их металлоконструкций. Оценка  проводилась с целью выявления общих закономерностей режимов нагружения и определения статиcтических характеристик нагруженности основных узлов металлоконструкций. Полученные статистические характеристики необходимы для оценки надежности как  модернизируемых так и вновь проектируемых конструктивно-подобных узлов.

Усталостная долговечность металлоконструкций зависит от режимов нагружения. В настоящее время  нет достаточной информации по режимам нагружения металлоконструкций строительных машин.

В эксплуатационных условиях нагруженность металлоконструкций носит случайный характер, т.е. компоненты тензора напряжений, возникающих от внешних нагрузок, являются случайными функциями времени. Переменная во времени величина внешнего нагружения вызывает усталостное разрушение металлоконструкций.

Усталостному разрушению всегда сопутствует пластическая деформация в отдельных зернах. В связи с неоднородностью как структуры стали так и напряженности, вызванной внешними и внутренними силами. уже на ранних стадиях деформирования возникают пластические деформации отдельных зерен. Под внутренними силами понимаются силы от остаточных напряжений. Эта неоднородная пластическая деформация проявляется в несовершенной упругости, следствием которой является гистерезис при циклическом деформировании. Пластическая деформация отдельных зерен и их групп вызывает перераспределение напряжений в зернах при последующих циклах нагружения. Усталостная трещина возникает в наиболее пластически деформированных участках металла по одной из плоскостей скольжения.

Развитие трещины усталости по плоскости скольжения заключается в превращении одной из линий сдвигов в трещину, на конце которой образуются новые линии сдвигов по плоскостям, на которых превзойдено сопротивление сдвигу. Границы зерен задерживают пластическую деформацию в зерне и при пересечении границ зерен усталостная трещина распространяется с замедленной скоростью. Циклическая нагрузка при напряжениях, превышающих предел выносливости приводит не только к образованию линий скольжения в зернах (разрыхлению), но и повышению твердости (упрочнению) тех зерен или той части зерна, где отсутствуют полосы скольжения.

В процессе эксплуатации в металлоконструкциях от внешних нагрузок возникают напряженные состояния, описываемые математически как случайный процесс времени Х(t). Случайный процесс можно описать n-мерным законом распределения вероятностей. Однако на практике вместо закона распределения вероятностей используются статистические характеристики случайного процесса. Долговечность при нагружении негауссовским случайным процессом можно определить  по хорошо известной  формуле:

Эта формула основана на гипотезе линейного накопления усталостных повреждений Пальмгрена-Майнера. Процесс нагружения представляется широкополосным, распределение вероятностей которого отлично от нормального закона и проявляет свойства асимметрии и эксцессивноети.

Средний период первой производной процесса нагружения σ(t) определяется через среднеквадратичную частоту  w₁ первой производной T₁=2π/w₁

где   G_σ(v) - спектральная плотность процесса.

где параметры С_o, С₁ , С₂ выражаются через квазимоменты  b_ij  (i,j=)

      

Входящие в (1.21) квазимоменты определяются через соответствую­щие моменты распределения.

Здесь через m_ij обозначены смешанные моменты (i+j)-го порядка процесса σ(t) и его второй производной  (t) в соответст­вующие моменты времени. Таким образом получено выражение для расчета срока службы, устанавливающее эксцессивные и асимметричные свойства процесса нагружения.