Визначення залишкового напруженого стану в пластинах після регулювання локальними термічними впливами. Проектування економічних за витратами матеріалів сталевих конструкцій. Діагностика і аналіз напруженого стану приладами неруйнуючого контролю.
Аннотация к работе
Для виготовлення колон, кроквяних балок і ферм, спеціальних конструкцій будівель і споруд найчастіше застосовуються зварні двотаврові профілі, що сприяє розробці нових методів розрахунку і технологій виготовлення таких конструкцій на базі останніх досягнень науки і техніки. Дисертація виконувалася в рамках науково-дослідної роботи кафедри будівельних конструкцій ДОНДТУ за темою "Вплив локальних термічних дій на міцність і стійкість елементів металевих будівельних конструкцій" №ДР 0109U008624 (НДР № 21К). Завдання досліджень: удосконалити розрахункові методи визначення ЗНС в пластинах після регулювання локальними термічними впливами (ЛТВ), а також оцінки впливу ЗНС на стійкість прямокутних пластин; розробити методику і провести експериментальні дослідження ЗНС в пластинах після регулювання ЛТВ, встановити можливість застосування для контролю ЗНС приладів неруйнуючого контролю; Розроблені методи визначення ЗНС, що виникає в сталевих елементах при виготовленні і регулюванні ЛТВ, і його впливу на стійкість пластин дозволяють виконати проектування більш економічних конструкцій у порівнянні з проектованими по відомих методиках СНИП II-23-81 і ДБН В.2.3-14:2006 за рахунок використання позитивного впливу ЗНС.У другому розділі отримано закон розподілу залишкових напружень в пластинах при точковій температурній дії, а також визначене критичне навантаження енергетичним методом для прямокутних пластин з різними умовами закріплення з урахуванням ЗНС. Критичне навантаження для пластини з шарнірним закріпленням країв складає: Рис. Критичне навантаження для пластини із жорстким закріпленням країв складає: , ; Температура нагріву пластин в центрі була 800, 900, 1000 0С. 2, а); виконувалися вимірювання коерцитівних сил у всіх вузлах сітки, при цьому датчик встановлювався по чотирьох напрямках щодо осей симетрії пластини, по одержаних результатах будувалися ізолінії зміни коерцитівної сили в пластинах (рис.При віддаленні від центру нагрівання спостерігаються характерні "стрибки" напружень в пластинах з температурами нагрівання 800 0С і 900 0С, а в пластині з температурою нагрівання 1000 0С спостерігається "спокійна" зміна напружень. Встановлено характерну зміну магнітних характеристик сталі в пластині, що дозволило обгрунтувати можливість застосування для контролю ЗНС приладів неруйнуючого контролю. В ході проведених досліджень було встановлено підвищення величин критичних сил для пластин з регульованим ЗНС у порівнянні з аналогічними даними для пластин без регулювання ЗНС. Величини критичних сил в пластинах з природним охолодженням при регулюванні ЗНС перевищують аналогічну величину для пластини без нагрівання: на 18,5 % - для пластини з температурою нагрівання 800 ОС; на 20,4 % - для пластини з температурою нагрівання 900 ОС; на 22,2 % - для пластини з температурою нагрівання 1000 ОС. Величини критичних сил в пластинах з примусовим охолодженням при регулюванні ЗНС перевищують аналогічну величину для пластини без нагрівання: на 3,7 % для температури нагрівання 800 ОС; на 7,4 % для температури нагрівання до 900 ОС; на 18,5 % для температури нагрівання до 1000 ОС.
План
1. Основний зміст роботи
Вывод
В результаті виконання комплексу теоретичних, експериментальних і натурних досліджень отримані наступні результати.
Удосконалені розрахункові методи визначення ЗНС в пластинах після регулювання ЛТВ, а також оцінки впливу ЗНС на стійкість прямокутних пластин. Розрахунками доведена можливість і обгрунтована необхідність регулювання ЗНС шляхом ЛТВ з підвищенням стійкості листових елементів на (10-20)%. Результати розрахунків добре узгоджуються з даними експериментальних досліджень.
Розроблена методика і проведені експериментальні дослідження ЗНС в пластинах після регулювання ЛТВ. Було встановлено, що характер розподілу напружень при віддаленні від центру нагріву однаковий незалежно від початкового НС пластини. НС в межах зони нагрівання практично не залежить від температури. При віддаленні від центру нагрівання спостерігаються характерні "стрибки" напружень в пластинах з температурами нагрівання 800 0С і 900 0С, а в пластині з температурою нагрівання 1000 0С спостерігається "спокійна" зміна напружень. Рекомендується виконувати регулювання ЗНС шляхом нагрівання до температури 1000 0С. Встановлено характерну зміну магнітних характеристик сталі в пластині, що дозволило обгрунтувати можливість застосування для контролю ЗНС приладів неруйнуючого контролю.
Розроблена методика і проведені експериментальні дослідження пластин з регульованим ЗНС на стійкість. В ході проведених досліджень було встановлено підвищення величин критичних сил для пластин з регульованим ЗНС у порівнянні з аналогічними даними для пластин без регулювання ЗНС. Величини критичних сил в пластинах з природним охолодженням при регулюванні ЗНС перевищують аналогічну величину для пластини без нагрівання: на 18,5 % - для пластини з температурою нагрівання 800 ОС; на 20,4 % - для пластини з температурою нагрівання 900 ОС; на 22,2 % - для пластини з температурою нагрівання 1000 ОС. Величини критичних сил в пластинах з примусовим охолодженням при регулюванні ЗНС перевищують аналогічну величину для пластини без нагрівання: на 3,7 % для температури нагрівання 800 ОС; на 7,4 % для температури нагрівання до 900 ОС; на 18,5 % для температури нагрівання до 1000 ОС. Наявність залишкового вигину знижує величину критичних сил. Ліквідація залишкового вигину сприяє підвищенню здатності пластини, що несе, приблизно на 35 %.
Удосконалені методи діагностики і контролю НС в елементах сталевих конструкцій приладами неруйнуючого контролю. Метод визначення ЗНС електромагнітним способом дозволив встановити, що в зоні розігрівання після охолодження формуються ЗРН високого рівня, що приводить до зміни магнітних характеристик. Коерцитівна сила збільшується на 23?27 % залежно від температури нагрівання в пластинах з природним охолодженням і на 29?40 % у пластинах з примусовим охолодженням. Розроблена методика діагностики технічного стану конструкцій, що експлуатуються, електромагнітним способом, яка дозволяє контролювати НДС конструкцій. Дана методика була застосована при обстеженні та визначенні технічного стану металевих конструкцій (балок перекриття на відм. 38,400 м бункерів вантажно-складського комплексу шахти Червоноармійська-Західна в Донецькій обл.).
Розроблена методологія проектування сталевих конструкцій з регульованим ЗНС шляхом ЛТВ. Методологія дозволяє за рахунок врахування впливу ЗНС проектувати економічні за витратами матеріалу сталеві конструкції двотаврового перетину. Доцільність застосування регулювання ЗНС в листових елементах доведена порівнянням варіантів конструкцій з різною товщиною стінки. Методологія використана при проектуванні балок перекриття пристроюваної частини будівлі розважального комплексу "Party Zone" в м. Алчевську Луганської обл. Економія металу на 1 т складає 19 %. Розроблена методологія застосована при обгрунтуванні можливості подальшої експлуатації головних балок цеху промислового підприємства. Вартість першого варіанту підсилення з введенням додаткових елементів майже в 3 рази перевищує вартість другого варіанту, при якому стійкість стінки підвищується за рахунок регулювання ЗНС. Таким чином, підвищення стійкості стінки балки шляхом створення ЗРН унаслідок ЛТВ економічно вигідне.
Список литературы
1. Голоднов А.И. Устойчивость прямоугольных пластин при наличии начальных напряжений / А.И. Голоднов, Т.В. Антошина // Металеві конструкції: доповіді на VII Українській наук.-техн. конференції. - Дніпропетровськ: ВАТ ДЗМК ім. І.В.Бабушкіна, 2000. - С. 63-67.
2. Антошина Т.В. Моделирование работы поясных и стеночных листов сварных двутавров КЭ ВК "Мираж" / Т.В. Антошина // Вісник Донбаської державної академії будівництва і архітектури. Збірник наукових праць. Вип. 2001-3(28): Матеріали 27 наукової конференції студентів. - Макіївка: ДОНДАБІА, 2001. - С. 44-45.
3. Голоднов А.И. Разработка методики исследования напряженного состояния в элементах конструкций магнитным методом / А.И. Голоднов, А.П. Иванов, Т.В. Антошина // Стр-во. Материаловедение. Машиностроение: Сб. науч. тр. / ПГАСА. - Днепропетровск: ПГАСА, 2002. - Вып. 18. - С.37-43.
4. Иванов А.П. Изменение магнитных свойств материала при различных температурах локального нагрева / А.П. Иванов, Т.В. Антошина // Захист від корозії і моніторінг залишкового ресурсу промислових будівель, споруд та інженерних мереж: Матеріали наук.-практ. конф. (м. Донецьк, 9-12 червня 2003 р.). - Донецьк: УАМК, 2003. - С. 153-158.
5. Иванов А.П. Влияние локальных температурных воздействий на распределение напряжений в стальных пластинах / А.П. Иванов, Т.В. Антошина // Соврем. строит. конструкции из металла и древесины: Сб. науч. тр. / Одес. гос. академия стр-ва и архитектуры. - Одесса: ООО "Внешрекламсервис", 2008. - С. 122-126.
6. Антошина Т.В. Исследование зависимости магнитных свойств материала от напряженного состояния пластин при различных температурах локального нагрева / Т.В. Антошина, А.П. Иванов // Сб. науч. тр. / ДОНГТУ. - Алчевск: ДОНГТУ, 2009. - Вып. 28. - С. 346-354.
7. Антошина Т.В. Распределение остаточных напряжений в стальных пластинах при точечном нагреве / Т.В. Антошина, А.П. Иванов, А.И. Голоднов // Промислове будівництво та інженерні споруди. - 2009. - № 3. - С. 11-15.
8. Антошина Т.В. Экспериментальное определение напряженно-деформированного состояния стальных пластин, предварительно напряженных локальным термическим воздействием / Т.В. Антошина // Зб. наук. праць Українського науково-дослідного і проектного інституту сталевих конструкцій імені В.М. Шимановського. - К.: Вид. “Сталь”, 2009. - Вип. 3. - С. 152-164.
9. Антошина Т.В. Влияние остаточных напряжений на устойчивость пластин, предварительно напряженных локальным термическим воздействием / Т.В. Антошина // Зб. наук. праць Українського науково-дослідного і проектного інституту сталевих конструкцій імені В.М. Шимановського. - К.: Вид. “Сталь”, 2009. - Вип. 4 - С. 181-186.
10. Антошина Т.В. Влияние остаточных напряжений на устойчивость пластин, предварительно напряженных локальным термическим воздействием / Т.В. Антошина // Наук. вісн. будівництва / ХДТУБА, ХОТВ АБУ. - Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ, 2005. - Вип. 53. - С. 104-110.