Оценка прочности и ресурса крановых конструкций с учетом усталостных повреждений
Диссертация
Одной из основных задач современного машиностроения является оценка ресурса ответственных конструктивных узлов инженерных объектов на стадии их проектирования, оценка выработанного и прогноз остаточного ресурса в процессе эксплуатации объекта, продление срока службы после отработки этими объектами нормативного срока. Особенно актуальны эти задачи для объектов, срок службы которых составляет… Читать ещё >
Содержание
- 1. ОБЗОР СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ И ОБОСНОВАНИЕ ЦЕЛИ ИССЛЕДОВАНИЯ
- 1. 1. Состояние проблемы
- 1. 2. Цель, содержание, научная новизна, практическая значимость и обсуждение работы
- 2. ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ СООТНОШЕНИЯ ДЛЯ ОЦЕНКИ ПРОЧНОСТИ И РЕСУРСА КРАНОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ С УЧЕТОМ УСТАЛОСТНЫХ ПОВРЕЖДЕНИЙ
- 2. 1. Основные подходы к оценке прочности и ресурса конструкций при усталости
- 2. 1. 1. Традиционный подход
- 2. 1. 2. Подход на основе уравнений механики поврежденной среды (МПС)
- 2. 2. Определяющие соотношения
- 2. 2. 1. Определяющие соотношения упругопластичности
- 2. 2. 2. Кинетические уравнения накопления повреждений
- 2. 2. 3. Критерий прочности поврежденного материала
- 2. 2. 4. Методика определения материальных параметров
- 2. 2. 5. Алгоритм расчета определяющих соотношений (МПС)
- 2. 1. Основные подходы к оценке прочности и ресурса конструкций при усталости
- 3. 1. Упругопластический расчет тонкостенных балочных конструкций от монотонно возрастающей локальной нагрузки
- 3. 2. Численный анализ кинетики напряженно-деформированного состояния и разрушения в полосе с начальной краевой трещиной при монотонной и циклической нагрузках
- 3. 2. 1. Расчет полосы с краевой трещиной при изгибе
- 3. 2. 2. Расчет полосы с краевой трещиной при изгибе с учетом подкрепления
- 3. 2. 3. Расчет полосы с краевой трещиной при циклическом изгибе
- 4. 1. Общие положения
- 4. 2. Статистические методы прогнозирования надежности и ресурса объекта
- 4. 4. Метод, основанный на математическом моделировании физических процессов деградации материала в опасных зонах металлоконструкций
- 4. 5. Оценка прочности и ресурса металлоконструкций кранов мостового типа при монотонном и циклическом нагружениях
Список литературы
- Арутюнян P.A. О циклическом нагружении упруго-пластической среды // Изв. АН СССР. Механика и машиностроение. 1964.- N 4.-С. 89−91.
- Арутюнян P.A., Вакуленко A.A. О многократном нагружении упругопластической среды // Изв. АН СССР. Механика. 1965. — N4.- С. 53−61.
- Арутюнян P.A. Об учете эффекта Баушингера и объемной пластической деформации в теории пластичности // Исследования по упругости и пластичности / Ленингр. ун-т. 1968. — N 7. — С. 87−94.
- Беленя Е.И., Нежданов К. К. К вопросу выносливости сжатой зоны стенки стальных подкрановых балок // Пром. стр-во. 1976.-N 74.-С.40−43.
- Беналал, Марки. Определяющие уравнения упруговязкопластич-ности для непропорционального циклического нагружения // Теоретические основы инженерных расчетов. 1988. — N 3.- С. 68−84.
- Бех О.И., Коротких Ю. Г. Уравнения механики поврежденной среды для циклических неизотермических процессов деформирования металлов // Прикладные проблемы прочности и пластичности. Методы решения: Всесоюз.межвуз.сб. / Горьк. ун-т.- 1987. С.4−13.
- Боднер, Линдхолм. Критерий приращения повреждений для зависящего от времени разрушения материала. Теоретические основы инженерных расчетов. М.: Мир. — N 2. 1976. — С.51−58.
- Болотин В.В. Прогнозирование ресурса машин и конструкций М.: Машиностроение. 1984.
- Болотин В.В. К теории замедленного разрушения // Изв. АН СССР. МТТ. 1981. — N 1. — С. 137−146.-п
- Бондарь И.С. Неупругое поведение и разрушение материалов и конструкций при сложном неизотермическом нагружении: Дис.. доктора физ. мат. наук. М., 1991.
- Броек Д. Основы механики разрушения. М.: Высшая школа, 1980. — 368с.
- Васильев A.A. Особенности работы подкрановых конструкций и повышение срока их службы // Пром. стр-во.-1965.- N 7.- С.33−36.
- Васильев Д.М. О микронапряжениях, возникающих в металлах при пластическом деформировании // Физика тела.- 1959.- Т.1.- С. 1736−1746.
- Васильев Д.М. О природе эффекта Баушингера // Некоторые проблемы прочности твердого тела. М., 1959. — С. 37−49.
- Влияние средних напряжений и деформаций на малоцикловую усталость сталей А-517, А-201 / И. Дюбук, И. Ванессе, А. Бирон и др. // Тр. Амер. об-ва инженеров-механиков. Конструирование и технология машиностроения.- 1970.- N 1.- С. 38−54.
- Влияние гидростатического давления, а малоцикловую усталость мартенситно стареющей стали / Лунсдорф, Пенс, Венкатесан, Макинтош // Тр. Амер. об-ва инженеров-механиков. Сер.Д. Теорет. основы инж. расчетов.- 1973.- N 3. — С.29−33.
- Волков И.А. Математическое моделирование процесса накопления повреждений при динамическом деформировании материала // Прикладные проблемы прочности и пластичности. Методы решения: Всесоюз.межвуз.сб./ Н. Новгород, 1991. С.37−45.
- Волков И.А. Моделирование динамического деформирования и разрушения упругопластических тел и элементов конструкций с повреждениями. Диссерт. на соискание учен. степени доктора физ. -мат.наук. Н. Новгород, 1996.
- Ву, Ян. О влиянии траектории деформирования на усталостное разрушение при многоосном нагружении // Теоретические основы инженерных расчетов. 1988.. — N 1. — С. 10−22.
- Галлар Р. Метод конечных элементов. Основы: Пер. с англ. М.: Мир, 1984. — 428 с.
- Гаруд. Новый подход к расчету усталости при многоосных наг-ружениях // Теоретические основы инженерных расчетов. 1981. -т.103. — N 2. — С. 41−51.
- Генки Г. К теории пластических деформаций и вызываемых ими в материале остаточных деформаций // Теория пластичности: Сб. -М., 1948. С. 114−135.
- Гольденблат И.И., Копнов В. А. Критерии прочности и пластичности конструкционных материалов. М.: Машиностроение.1968.
- Голос, Эльин. Теория накопления усталостных повреждений, основанная на критерии удельной энергии полной деформации //Современное машиностроение, серия В.- М.: Мир, 1989.- N 1- С 64−72.
- Грачев C.B. Термическая обработка и сопротивление сплавов повторному нагружению. М.: Металлургия, 1966. — 480 с.
- Гусенков А.П. Прочность при изотермическом и неизотермическом малоцикловом нагружении.- М.: Наука, 1979.- 295 с.
- Дегтярев В.П. Пластичность и ползучесть машиностроительных конструкций. М.: Машиностроение, 1967. 131с.
- Екобори Т. Научные основы прочности и разрушения материалов. Киев: Наукова думка, 1978. 352с.
- Зенкевич 0. Метод конечных элементов в технике. М.: Мир, 1975. — 541 с.
- Зенкевич 0., Морган К. Конечные элементы и аппроксимация. М.: Мир, 1986. — 318 с.
- Ильюшин A.A. Пластичность. М., 1948. — 376 с.
- Ильюшин A.A., Ленский B.C. Модель и алгоритмы // Прикладные проблемы прочности и пластичности. Горьк. ун-т. 1975. Вып. 1.
- Испытательные комплексы и установки для определения расчетных характеристик прочности машин и конструкций / О. А. Левин, H.A. Махутов, Д. Шенфельд и др. // Машиностроение (Москва- Будапешт). 1985.- N 3.- С. 46−49.
- Исследование малоцикловой прочности при высоких температурах. М.: Наука, 1975. — С. 124.
- К расчету долговечности циклически нагружаемых стальных конструкций/ К. К. Муханов, В. В. Ларионов, H.A.Махутов и др.// Пром. стр-во.-1979.-N 4.- С.36−39.
- Кадашевич Ю.И., Новожилов В. В. Теория пластичности, учитывающая микронапряжения // Прикл. математика и механика. -1958.-Т.22, N 1.-С. 78−89.
- Кадашевич Ю.И., Новожилов В. В. Об учете микронапряжений в теории пластичности // Изв. АН СССР, МТТ. 1968. N 3.
- Казаков Д.А. Экспериментальная методика определения параметров процессов рекристаллизации для модели с комбинированным упрочнением // Прикладные проблемы прочности и пластичности. Методы решения: Всесоюз. межвуз. сб./ Горьк. ун-т. 1988.-С.31−40.
- Казаков Д.А., Капустин С. А., Коротких Ю. Г. Моделирование процессов деформирования и разрушения материалов и конструкций. Монография.Н.Новгород, Нижегор.гос.унив-т, 1999.
- Казанцев А.Г. Сопротивление материалов малоцикловой усталости при неизотермическом нагружении. Д. Проблемы прочности, N 7 — 1983, — С.3−8.
- Каназава, Миллер, Браун. Малоцикловая усталость под действием нагружения со сдвигом фаз // Теоретические основы инженерных расчетов. 1977. — N 3. — С. 32−39.
- Качалов Л.М. Основы механики разрушения. Л.: Наука. 1974.
- Качалов Л.М. Основы теории пластичности. М.: Наука, 1982. С. 129−167.
- Кафка В. Теория медленных упруго-пластических деформаций поликристалических металлов с микронапряжениями как скрытыми переменными, описыв^щими состояние материала // Проблемы теории пластичности: Сб. -М., 1976.
- Китаин В.В. Малоцикловая прочность стали при сложном напряженном состоянии в связи с запасом пластичности // Тез.докл. 1У Всесоюз.симпоз. «Малоцикловая усталость». -М., 1983. Вып.1.-С. 90−93.
- Когаев В.П., Гусенков А. П., Бутырев Ю. И. Деформационная трактовка накопления усталостных повреждений при нерегулярном малоцикловом и многоцикловом нагружении с перегрузками // Машиноведение. 1978.-N 5. — С. 57−64.
- Когаев В.П., Махутов H.A., Гусенков А. П. Расчеты деталей машин и конструкций на прочность и долговечность: Справочник.-М.: Машиностроение, 1985.-С. 79−137.
- Коллинз Дж. Повреждение материалов в конструкциях. Анализ. Предсказание. Предотвращение. -М.: Мир, 1984. 624с.- SI
- Коротких Ю.Г. Проблемы термоцислической прочности. Обзор ВНТИ центра инв. N 260 090 760, 1986.
- Коротких Ю.Г. Исследование процессов вязкоупругопластического деформирования тел при силовых и тепловых воздействиях. Автореферат дисс. на соиск. ученой степ. Доктора физ.-мат.наук. М: МГУ. 1979.
- Коротких Ю.Г., Крамарев Л. Н., Шнейдерович P.M. Теория неизотермической пластичности и ползучести при переменных нагрузках, основная на копцепции кинематического и изотропного упрочнения // Машиноведение. 1977. — N 4.- С. 145.
- Коротких Ю.Г., Угодчиков А. Г. Уравнения теории термовязкопластичности с комбинированным упрочнением // Уравнения состояния при малоцикловом нагружении. М., .-Наука. -С. 129−167.
- Коротких Ю.Г., Волков И. А., Маковкин Г. А. Математическое моделирование процессов деформирования и разрушения конструкционных материалов. Монография, Ч. 1, Н. Новгород, ВГАВТ, 1996.
- Коротких Ю.Г., Волков И. А. Влияние многоосного нагружения и параметров процесса деформирования на долговечность материала при усталости и ползучести // Прикладные проблемы прочности и пластичности. Всесоюз. межвуз. сб. Москва. 1997. С. 43−49
- Коротких Ю.Г., Волков И. А., Гордлеева И.Ю. Моделирование эволюции накопления повреждений с учетом анизотропии процесса
- Прикладная механика и технология машиностроения. Изд-во «Интелсервис», Н. Новгород, 1997. Ч.З. — С. 52−55.
- Корум, Сартори. Оценка современной методологии проектирования высокотемпературных элементов конструкций на основе экспериментов по их разрушению // Теоретические основы инженерных расчетов. 1988. — N1 — С. 104−118.
- Кочергова Е.Е. Пути повышения долговечности подкрановых балок // Пром. стр-во.- 1966.-N 9.- С.18−21.
- Куксенко B.C., Тамуж В. П. Микромеханика разрушения полимерных материалов. Рига: Зинатне, 1978.- 294с.
- Леметр. Континуальная модель повреждения, используемая для расчета разрушения пластичных материалов. // Теоретические основы инженерных расчетов, — N 1. 1985. — С. 90−98.
- Леметр, Пламтри. Применив понятия поврежденности для расчетов разрушения в условиях одновременной усталости и ползучести.// Теоретические основы инженерных расчетов, N 3.- 1979. С. 124−134.
- Ленджер Б.Ф. Расчет сосудов давления на малоцикловую долговечность // Техн.механика.- 1962. N 3.- С. 97−113.
- Ленский B.C. Некоторые новые данные о пластичности металлов при сложном нагружении // В сб. Упругость и неупругость. М.:Изд-во МГУ, 1971. Вып.1.
- Линь, Т. Г. Физические теории пластичности // Проблемы теории пластичности: Сб. М., 1976.
- Маковкин Г. А. Обоснование применимости модели с комбинированным упрочнением для процессов сложного нагружения материалов и анализа прочности конструктивных элементов.Диссерт. На соиск. ученой степени канд. физ.-мат. наук. Н. Новгород, 1992.
- Машиностроение. Энциклопедия. Том IV-3. Надежность машин. «Машиностроение», 1998.
- Махутов H.A. Деформационные критерии разрушения и расчет элементов конструкций на прочность. М.:Машиностроение, 1981. -272 с.
- Можаровский К.С., Шукаев С. Н. Долговечность конструкционных материалов при непропорциональных путях малоциклового нагружения // Проблемы прочности. Киев. 1988. — N10. — С. 47−54.
- Морозов Е.М., Никишков Г. П. Метод конечных элементов в механике разрушения. М.: Наука, 1980. — 256 с.
- Москвитин В.В. Пластичность при переменных нагружениях. М.: Изд-во МГУ, 1965. — 263 с.
- Москвитин В.В. Циклические нагружения элементов конструкций. М.:Наука"4 1981. 344с.
- Мруз. Упрочнение и накопление повреждений в металлах при монотонном и циклическом нагружении. // Теоретические основы инженерных расчетов. N2. — 1983. — С.44−50.
- Мураками. Сущность механики поврежденной сплошной среды и ее приложения к теории анизотропных повреждений при ползучести // Тр. Амер. об-ва инженеров-механиков. Сер. Д7 Теорет. основы инж. расчетов. 1983. — N 2. — С. 28−36.
- Мэнсон С. Температурные напряжения и малоцикловая усталость.-М.:Машиностроение, 1974. 344 с.
- Новожилов В.В. 0 пластическом разрыхлении // Прикл. математика и механика. 1965. — N 4. -С. 681−689.
- Новожилов В.В., Рыбакина О. Г. Оперспективах построения критерия прочности при сложном нагружении // Прочность при малом числе циклов нагружения: Сб. М., 1969. — С. 71−79.
- Новожилов В.В. 0 переспективах фенологического подхода к проблеме разрушения // Механика деформируемых тел и конструкций. М.: Машиностроение, 1975. — С. 349−353.
- Норри Д., де Фриз Ж. Введение в метод конечных элементов: Пер. с англ. М.: Мир, 1981. — 304 с.
- Оден Дне. Конечные элементы в нелинейной механике сплошных сред: Пер. с англ. М.: Мир, 1976. — 560 с.
- Ойи, Миллер, Марин. Камулятивное повреждение и влияние средней деформации для случая малоцикловой усталости алюминиевого сплава 2024 Т 351 // Тр. Амер. об-ва инженеров-механиков. Сер.Д. Теорет. основы инж. расчетов. — 1966.- N 4. -С. 125−138.
- Охаси, Танака, Оока. Пластическое деформирование нержавеющей стали типа 316 под действием несинфазных циклов по деформации // Теоретические основы инженерных расчетов. -1985. N4. — С. 61−73.
- ПартонВ.З., Морозов В. М. Механика упругопластического разрушения. М.: Наука, 1974. 416с.
- Патрикеев А.Б. О механизме разрушения верхних участков стальных подкрановых балок // Пром. стр-во. 1971. — N 5. -С. 38−43.
- Пежина П. Моделирование закритического поведения и разрушения диссипативного твердого тела // Теоретические основы инженерных расчетов. 1984. N 4. С. 107−117.
- Пежина П. Основные воросы вязкопластичности. М.: Мир, 1968. 176с.
- Писаренко Г. С., Можаровский Н. С. О критерии разрушения материалов при термоциклических нагрузках // Проблемы прочности. 1969. — N 1.
- Писаренко Г. С., Лебедев А. А. Сопротивление материалов деформированию и разрушению при сложном напряженном состоянии. Киев: Наукова думка. 1969. 211с.
- Прагер В. Проблемы теории пластичности. Пер. с нем. М.: Физматгиз, 1958. 136с.
- Прочность материалов и элементов конструкций в экстремальных условиях: В 2 т. / Под ред. Г. С. Писаренко. Киев: Наук. думка, 1980.
- Прочность конструкций при малоцикловом нагружении / Н. А. Махутов, А. З. Воробьев, М. М. Гаденин и др.- М.: Наука, 1983. -271 с.
- Прочность при малоцикловом нагружении: Основы методоврасчета и испытаний / С. В. Серенсен, Р. М. Шнейдерович, А. П. Гусенков и др. М.: Наука, 1975. — 286 с.
- Работнов Ю.Н. Ползучесть элементов конструкций. М.: Наука. 1966.
- Ратнер С.И. Разрушение при повторных нагрузках. М.: Оборонгиз, 1959. — 352 с.
- Романов А.Н. Энергетические критерии разрушения при циклическом нагружении // Проблемы прочности. 1971. — N 3. -С. 3−10.
- Романов А.Н. Энергетические критерии разрушения при малоцикловом нагружении: Сообщения 1,2 // Проблемы прочности. -1974. N 1. — С. 3−18.
- Романов А.Н. Разрушение при малоцикловом нагружении. М. Наука, 1988. 279с.
- Рыбакина О.Г. Феноменологическая теория малоцикловой усталости // Актуальные проблемы нелинейной механики сплошных сред: Сб. / Ленингр. ун-т.- Л., 1977.
- Руководящий технический материал // Расчеты и испытания на прочность / Методы расчета на трещиностойкость металлоконструкций мостовых кранов при статическом и циклическом нагружени. Красноярск, 1990. — 58с.
- Сакане, Онами, Савада. Ориентация трещин и долговечность в условиях малоциклового двухосного нагружения при повышенной температуре. // Теоретические основы инженерных расчетов, — N 2. 1988. ' - МЗ. — С. 9−21.
- Серенсен C.B., Когаев В. П., Шнейдерович P.M. Несущая способность и расчеты деталей машин на прочность. М.: Машиностроение, 1975. — 488 с.
- Соси Д. Модели разрушения при многоосной усталости. // Теоретические основы инженерных расчетов. 1988. — N3. С. 9−21.
- Спенглер И.Е. Некоторые вопросы повышения надежности и долговечности стальных конструкций // Пром. стр-во.- 1965. N 4.- С. 37−40.
- Федоров В.В. Кинетика повреждаемости и разрушения твердых тел. Ташкент: Изд-во «ФАН» Узбекской ССР, 1988 167с.
- Черепанов Г. П. Механика хрупкого разрушения. М.: Наука. 1974.
- Шукаев С.И. Долговечность конструкционных материаловпри непропорциональном малоцикловом нагружении. Автореферат диссертации. Киев. 1987.
- Зсик А. Применение критерия энергии микропластической деформации к усталости // Тр. Амер. об-ва инженеров-механиков. Сер.Д. Теорет. основы инж. расчетов. 1968. — N1. — С. 121−127.
- Betten J. Damage tensors in continium mechanics // J. de Mechanique et applique.1983.V2.P.13−32.
- Beaver P. W. Biaxial Fatigue and Fracture of Metals: Review // Metals Forym. 1985/ V.8, 1. P. 14−29.
- Chaboche J.L. Continuous damage mechanics a tool to describe phenomena before crack initiation // Nuclear Eng. Design.-1981.- Vol.64.-P.233−247.
- Coffin L.P. The stability of metals under cyclic plastic strain // Basic Eng. Ser.D.- 1960.-Vol.82, N 3.-P.671−682., 1977.
- Cordebois J.F. Sidoroff. Endomagement anisotrope en elasticite et plasticite // J. de Mecanique Theorique et App1i quee.-1982.-Vo1.42.-P.45−60.
- Jordan E.U., Broun M.W., Miiier K.J. Fatigue under severe nonpropoortional loding. // ASTM STP853, American зщс finr Ttsting and Materials. Philadelphia. 1985. P. 563−585.
- Krempl E. The influence of state of stress on low-eyele fatigue of structural materials: a literature survey and interpretation report. // STP. 549 / American Society for Testing and Materials.- Philadelphia, 1974.-43 p.
- Manson S.S., Frecke J.C., Ensing C.R. Applicftion of a Double Linear Damage Rule to Cumutative Fatique. Fatique Crack Propagation, STP-415. American Sosity for testing and Materials, Philadelphia. 1967. P.384.
- Saballe S., Caietand G. Microanurcage micro propagation et endommagemeht // Le Reshershe Aerospatiale. 1982. N 6. P 385−411.
- Serensen S., Sehneiderovith R., Gusenkov A. Deformation kinematics criteria and the effect of high temperature // ASTM.-1973.-STP-520.-P.281−284.
- Wood W.A., Segal1. Softening of соId-worked metal by alternating strain // J.Inst.Metals.-1957−1958.-Vol.86.-P.225−228.
- ВС «ANSYS» (лицензия N 100 946 от 02.07.96).