Теория и методы расчета сопротивления усталости металлических конструкций грузоподъемных машин

• Автор: Манжула, Константин Павлович
• Шифр специальности: 05.05.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1997
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 357 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. Состояние проблемы и разработка теоретических положений расчетной оценки параметров сопротивления усталости крановых металлоконструкций
1.1. Анализ разрушений металлоконструкций кранов
1.2. Разработка физико-механической модели усталостного разрушения сварных элементов металлоконструкций
1.3. Математическая модель зарождения и развития усталостной трещины в сварном соединении
1.3.1. Внутренняя нестационарность процессов деформирования.
Мера повреждения
1.3.2. Внутренняя стационарность процессов деформирования.
Мера повреждения сЬ
1.3.3. Развитие зародышевой микротрещины. Мера повреждения бз
1.3.4. Рост макротрещины. Мера повреждения сЦ
Глава 2. Метод расчета усталостных характеристик зон инициации
трещин в сварных конструкциях на образцах-имитаторах
2.1. Определение “опасного" объема металла в образцах-имитаторах
2.2. Определение параметров расчетных зон в сварных соединениях металлоконструкций при растяжении-сжатии
2.2.1. Размеры и объем зон упругопластических и неупругих деформаций
2.3. Определение параметров расчетных зон в сварных узлах металлоконструкций, испытывающих местное воздействие сосредоточенных нагрузок
2.3.1. Размеры и объем зон упругопластических и неупругих деформаций
2.4. Коэффициенты подобия напряженного и деформированного состояний расчетных зон сварных соединений образцам-имитаторам

2.5. Программное обеспечение для расчета коэффициентов подобия и
размеров зон инициации усталостных трещин
Глава 3. Исследование статистических закономерностей статического и циклического деформирования краностроительных сталей и металла околошовных зон сварных соединений
3.1. Закономерности статического деформирования основного металла
и металла ЗТВ сварных соединений
3.1.1. Имитация сварочного термического цикла в образцах-имитаторах
3.1.2. Экспериментальное исследование диаграмм деформирования основного металла и околошовных зон
3.2. Закономерности циклического деформирования основного
металла и металла ЗТВ сварных соединений
3.2.1. Усталостные характеристики образцов из основного металла и образцов-имитаторов ЗТВ в области многоциклового нагружения
3.2.2. Усталостные характеристики образцов из основного металла и
образцов-имитаторов ЗТВ в области малоцикпового нагружения
3.3. Расчетно - экспериментальный способ построения кривых Френча
3.4. Взаимосвязь твердости с пределами выносливости исследованных сталей
Глава 4. Напряженно-деформированное состояние околошовных зон
сварных элементов металлоконструкций
4.1. Состояние вопроса и цели исследования
4.2. Методы исследования и постановка экспериментов
4.3. Решение тестовых задач МКЭ
4.4. Влияние жесткости металлоконструкций одностенчатых и двухстенчатых балок на концентрацию напряжений в угловых соединениях
4.5. Исследование теоретических коэффициентов концентрации и градиентов напряжений при упругом деформировании металла
4.5.1. Результаты численного определения НДС в околошовной зоне

4.5.2. Исследование влияния усилений и подрезов сварных швов поляризационно-оптическим методом
4.5.3. Расчетные зависимости аа и Ga в крестовых и тавровых соединениях от их конструктивно- технологических характеристик
4.6. Исследование концентрации напряжений в околошовных зонах при упругопластическом деформировании металла
4.6.1. Расчетные зависимости коэффициентов концентрации Ке и градиентов Gg упругопластических деформаций в крестовых и тавровых соединениях
4.7. Методика определения коэффициентов интенсивности напряжений в соединениях с макротрещинами
4.7.1. Определение начальных размеров полуэллиптической макротрещины
Глава 5. Экспериментальное исследование конструктивно-технологических и усталостных характеристик сварных соединений
5.1. Усталостные испытания образцов сварных соединений
5.1.1. Исследование проявления масштабного эффекта
5.2. Исследование геометрических параметров швов и околошовных зон соединений металлоконструкций кранов
5.2.1. Требуемые объемы выборок геометрических параметров
5.2.2. Законы распределения геометрических характеристик по
длине шва
5.3. Исследование механических и усталостных свойств металла околошовной зоны по твердости
5.4. Определение уровня и кинетики изменения сварочных остаточных напряжений в расчетной зоне
5.4.1. Исследование уровня и распределения сварочных остаточных напряжений
5.4.2. Кинетика остаточных напряжений в процессе циклического нагружения

имитаторов, находящихся в одинаковом НДС, учитывается проявление
масштабного эффекта введением коэффициентов подобия по напряженному фп и деформированному фЕ состояниям.
Последнее положение не является общим и принимается в случае использования разработанного в настоящей работе метода определения характеристик металла расчетной зоны на образцах-имитаторах этой зоны.
Наиболее сложно устанавливается граница между второй и третьей стадиями повреждения, из-за отсутствия общепринятых критериев определения зародышевой трещины. Экспериментально определяются границы окончания третьей и четвертой стадий.
Определим математические выражения для меры повреждения на каждой стадии.
1.3.1. Внутренняя нестационарность процессов деформирования. Мера повреждения <ф
Первая стадия процесса повреждения определяет деформационную повреждаемость металла расчетной зоны в результате упругопластического деформирования, перераспределения сварочных остаточных напряжений и деформаций, кинетики изменения характеристик разупрочнения или упрочнения металла ОШЗ.
В нулевом полуцикле нагружения, отличающемся от всех последующих тем, что он соответствует закономерностям статического растяжения при действии в околошовной (расчетной) зоне соединения амплитудных ста, средних ош и исходных сварочных остаточных с0С напряжений и соответствующих им деформаций еа, ет, еос, процесс нагружения идет до точки О (рис.1.3.1). В соответствии с теоремой о разгрузке происходит снижение уровня сварочных остаточных напряжений. Установившийся уровень остаточных напряжений в нулевом полуцикле а0С,0 определится при степенном законе упрочнения как