Методика расчета конструкций на сопротивление усталости

Расчет на сопротивление усталости проводится для всех РЗ (п. 10.1.6) с учетом режима и длительности эксплуата­ции машины. Расчет является проверочным, так как для его выполнения необходимо знать геометрические пара­метры и конструктивно-технологическое исполнение конструкции. Если условие сопротивления усталости не будет выполнено, то требуется провести конструктивно-технологические мероприятия, обеспечивающие повышение дол­говечности конструкции (п. 10.4). После этого производится повторный расчет.

Далее изложены методика и алгоритм расчета на со­противление усталости в той последовательности, в которой его целесообразно выполнять при проектировании кон­струкции.

10.3.1. Выбор расчетных зон и определение их усталостных ха­рактеристик

Расчетными зонами (РЗ) считают такие места конструк­ции, в которых имеет место большой размах номиналь­ных напряжений от внешней нагрузки и присутствует значительная концентрация напряжений. В большинстве случаев РЗ представляет собой сварной или болтовой узел, расположенный в области действия высо­ких переменных растягивающих напряжений. По характеру нагружения и последствиям усталостного поврежде­ния расчетные зоны делятся на два типа.

К первому типу относятся расчетные зоны (назовем их РЗ-1), расположенные в основных сечениях конструкции,

Рис. 10.12. Схемы конструкций грузоподъемных машин с указаниями основных сечений и расчетных зон первого и второго типов (РЗ-1, РЗ-2)

в области наибольших растягивающих напряжений. Ос­новным сечением будем считать поперечное сечение эле­мента конструкции (балки, рамы или стержня), количе­ство циклов нагружения которого пропорционально количеству циклов работы машины, а разрушение приводит к потере несущей способности конструкции в целом. Примеры РЗ-1 в основных сечениях конструкций грузоподъ­емных машин показаны на рис. 10.12.

Расчетные зоны второго типа (РЗ-2) представляют собой узлы, для которых размах действующих напряжений и (или) количество циклов нагружения не пропорциональ­но основной эксплуатационной нагрузке и количеству цик­лов работы машины. Это узлы, воспринимающие местные нагрузки от ходовых колес или роликов, узлы статически неопределимых конструкций, загруженность которых в основном обусловлена перекосом, неровностями основа­ния, погрешностями путей, а также узлы крепления крон­штейнов, поддерживающих механизмы, и т. п. (рис. 10.12). Усталостные повреждения в РЗ-2 менее опасны, чем в РЗ-1, так как обычно не приводят к значительным авариям. Их долговечность не поддается достоверному прогнозированию из-за неопределенности параметров циклического нагру­жения. Поэтому при проектировании используют сравни-

Рис. 10.13. Примеры идентификации базовых концент­раторов в сварных конструкциях. Цифрами указаны но­мера по табл. 10.3. Двойными кружками выделены узлы, при расчете которых необходимо учитывать конструктив­ный коэффициент

тельные оценки долговечности узлов при различных вари­антах конструктивного решения, на основании которых выбирают наиболее рациональный из них.

Расположение РЗ в конструкции выявляют на основа­нии анализа напряженно-деформированного состояния и опыта эксплуатации подобных конструкций. Обычно в кон­струкции имеется несколько РЗ первого и второго видов. Для каждой РЗ производится отдельный расчет на сопро­тивление усталости. Основной расчет выполняется по РЗ-1, далее в процессе конструкторской доработки проекта вы­полняются расчеты по РЗ-2.

Усталостными характеристиками РЗ являются преде­лы выносливости и , которые определяются порекомендациям п. 10.2.1 с использованием табл. 10.2 и 10.3. Примеры назначения групп узлов по табл. 10.2 при­ведены на рис. 10.13.

Расчетные нагрузки

Для расчета процесса нагружения РЗ необходимо соста­вить таблицу нагрузок (см. п. 6.1, табл. 6.1, 17.1, 17.2). В ней должны быть представлены все комбинации нагрузок, учитываемые в расчете на сопротивление усталости по I расчетному случаю. Для вычисления минимальных напряжений используются дополнительные комбинации, в которых учитываются только нагрузки от собственного веса машины или рассматриваются ситуации, в которых действующие нагрузки в максимальной степени разгружа­ют расчетную зону (табл. 6.1, комбинация Imin). Кроме того, задается назначенный ресурс С, т. е. количество ХТЦ за срок службы машины при заданном режиме нагружения.

Если машина может эксплуатироваться в различных режимах, то обычно наиболее опасным является режим, при котором возникает наибольший размах напряжений в РЗ. Например, расчет конструкции кранов мостового типа на сопротивление усталости целесообразно производить для режима нагружения Q₄(работа с номинальным грузом), а количество циклов работы крана за срок службыС — находить по классу использования , который со­ответствует заданной группе классификации крана (А1 - А8) (см. табл. 6.2). При этом гистограмма рабочей нагруз­ки будет состоять из одной ступени.