Устойчивость тонкостенных элементов крановых конструкций

• Автор: Грачев, Алексей Андреевич
• Шифр специальности: 05.05.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 127 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

1. Обзор литературы и постановка задач

1.1. Явление местной устойчивости

1.2. Обзор литературы по методам прогнозирования устойчивости пластин

1.3. Базовая методика расчета устойчивости пластин при продольном нагружении

1.4. Постановка задачи и программа исследования

2. Численное исследование устойчивости пластин в составе конструкции

2.1. Постановка задачи и программа исследования

2.2. Результаты расчетов пластин при различных сочетаниях параметров и видов нагружения

2.3. Предлагаемая методика аналитической оценки влияния упругого защемления кромок

2.4. Анализ результатов
2.5. Выводы
3. Устойчивость пластин с ребрами
3.1 Постановка задачи и программа исследования
3.2. Численное исследование устойчивости пластин с ребрами
3.2.1. Конечно-элементная модель
3.2.2. Результаты моделирования
3.3 Предлагаемая методика проверки устойчивости пластин с ребрами
3.4 Пример расчета с использованием предлагаемой методики
3.5 Анализ результатов
3.6 Выводы
4. Влияние неплоскосности элементов на распределение напряжений в тонкостенных балках
4.1. Постановка задачи и программа исследования
4.2. Определение наиболее неблагоприятных форм неплоскостности пластин
4.3. Исследование напряженно-деформированного состояния тонкостенной балки, содержащей неплоские пластины
4.3.1. Упрошенный аналитический анализ напряженно-деформированного состояния
неплоской пластины
4.3.2 Аналитическое описание балки с неплоскими пластинами
4.4. Конечно-элементное исследование напряженно-деформированного состояния коробчатых балок с неплоскими элементами
4.4.1. Конечно-элементная модель неплоской пластины
4.4.2. Анализ результатов расчета неплоской пластины
4.4.3. Конечно-элементная модель балки с неплоскими элементами
4.4.4. Результаты расчета и их анализ
4.5 Пример расчета с использованием предлагаемой методики
4.5 Выводы
5. Экспериментальное исследование напряженно-деформированного состояния сварной балки коробчатого сечения
5.1. Постановка задачи
5.2. Модель балки
5.3 Результаты натурного эксперимента
5.6. Выводы

6. Основные результаты и выводы
Список литературы
Приложение
Приложение
Приложение
Приложение

Введение
Актуальность темы диссертационного исследования. В современных крановых конструкциях большое распространение получили сварные тонкостенные коробчатые конструкции. При этом металлоемкость этих конструкций снижается при уменьшении толщины элементов и увеличении габаритов сечения. Кроме того применение высокопрочных сталей также способствует снижению толщин используемого проката. В связи с этим во многих случаях основными условием выбора геометрических параметров конструкций оказывается не прочность, а жесткость и местная устойчивость.
Обзор имеющейся литературы и нормативно-технических материалов показал, что в настоящее время инженеры не имеют обоснованных и эффективных методов прогнозирования и обеспечения местной
устойчивости элементов тонкостенных конструкций. Остаются не решенными такие проблемы как:
- учет влияния взаимодействия пластины с соседними элементами балки на ее устойчивость;
- определение параметров рационального оребрения пластины с целью обеспечения и обоснования устойчивости пластины с ребрами;
- учет влияния неплоскостности пластины, возникающей в результате сварочных поводок, на напряженно-деформированное состояние сечения в целом.
Целью диссертационного исследования является:
совершенствование методов расчета и проектирования тонкостенных конструкций.
Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие основные задачи:
1. Проведено численное исследование влияния смежных элементов на устойчивость пластины в составе конструкции и разработана инженерная методика учета влияние данного фактора.

распределения напряжений по ширине пластины при разных комбинациях нагрузок получается существенно различным. При этом расстановка ребер, дающая наибольший эффект при одной комбинации, может оказаться совершенно не эффективной при другой. Поэтому требуется иметь универсальную методику, позволяющую оценить устойчивость пластины с несколькими ребрами при различных вариантах распределения напряжений. В настоящее время в нормативной и научно-технической литературе нет указаний по выбору и обоснованию оптимального решения по выбору количества ребер, их рационального размещения и параметров сечений.
Для решения данной проблемы были выполнены следующие работы:
- конечно-элементное исследование устойчивости пластин с ребрами, в котором варьировались количество, расстановка и сечения ребер;
- предложена аналитическая методика расчета устойчивости пластин с ребрами;
- выполнено сравнение результатов аналитического и численного анализа устойчивости пластин с ребрами;
- даны инженерные рекомендации по расстановке ребер на элементах несущих конструкций.
3.2. Численное исследование устойчивости пластин с ребрами
3.2.1. Конечно-элементная модель
Для анализа местной устойчивости элемента тонкостенной конструкции методом конечных элементов использовалась модель прямоугольной пластины, шарнирно закрепленной по контуру, и разделенной на панели продольными ребрами. Пластина моделировалась с помощью элементов типа «Plate» (оболочечные элементы). Рёбра имитировались, стержневыми («Beam»), либо также оболочечными элементами (рис. 3.3). Рассматривались случаи установки от одного до пяти