ОПТИМІЗАЦІЯ НАПРУЖЕНО-ДЕФОРМОВАНОГО СТАНУ ПОЯСНИХ З’ЄДНАНЬ КОРОБЧАСТИХ БАЛОК МОСТОВИХ КРАНІВ
DOI:
https://doi.org/10.15588/1607-6885-2025-2-6Ключові слова:
коробчаста балка, мостовий кран, зварювання, залишкові напруження, пластичні деформації, зона термічного впливу, границя витривалості, післязварний стан, тріщиностійкість.Анотація
Мета роботи. Підвищити границю витривалості та пластичності поясних з’єднань коробчастих балок мостових кранів шляхом оптимізації їх післязварного напружено-деформованого стану за рахунок раціонального сполучення конструктивних та технологічних параметрів.
Методи дослідження. Механічний метод визначення дійсних напружень свердленням глухого отвору – для аналізу залишкових напружень в зонах термічного впливу зварних з’єднань; чисельний метод кінцевих елементів – для моделювання технологічного стану зварних з’єднань; метод математичного планування експериментів та статистичного опрацювання експериментальних даних; металографічні методи – для дослідження структури зони термічного впливу зварних з’єднань.
Отримані результати. Розроблено теоретичну модель напружено-деформованого стану поясних з’єднань коробчастих кранових балок з урахуванням фазових і структурних перетворень зон термічного впливу. Отримано емпіричні залежності впливу технологічних параметрів виготовлення та конструктивних параметрів балок на післязварний стан їх поясних з’єднань. Встановлено закономірності перерозподілу залишкових напружень та пластичних деформацій на перших циклах навантаження. Запропоновано критерій оптимізації післязварного стану – кінцеву границю текучості ділянки максимальних залишкових напружень після максимального експлуатаційного навантаження. Розроблено науково-обґрунтовані конструктивні та технологічні рекомендації, що дозволяють до 1,23 раз підвищити границю витривалості поясних з’єднань коробчастих балок мостових кранів.
Наукова новизна. Запропоновано теоретичну модель післязварного напружено-деформованого стану поясних з’єднань, що враховує фазові і структурні перетворення зон термічного впливу. Отримано емпіричні залежності та закономірності впливу параметрів технології виготовлення та конструкції на післязварний стан. Встановлено закономірності перерозподілу залишкових напружень та пластичних деформацій при перших циклах навантаження кранів.
Практична цінність. Розроблено конструктивні та технологічні рекомендації для підвищення границі витривалості поясних з’єднань коробчастих балок. Отримано характеристики дійсних циклів напружень, що враховують рівень залишкових напружень та пластичні деформації перших циклів експлуатації. Розроблено рекомендації до визначення напружень та моделювання післязварного стану металевих конструкцій.
Посилання
Fricke, W., Remes, H., Feltz, O., Lillemäe, I., Tchuindjang, D., Reinert, T., Nevierov, A., Sichermann, W., Brinkmann, M., Kontkanen, T., Bohlmann, B., Molt-er, L. (2015). Fatigue strength of laser-welded thin-plate ship structures based on nominal and structural hot-spot stress
approach. Ships and Offshore Structures, 10(1), 39–44. https://doi.org/10.1080/17445302.2013.850208.
Zerbst, U., Ainsworth, R.A., Beier, H.T., Pisarski, H., Zhang, Z.L., Nikbin, K., Nitschke-Pagel, T., Münstermann, S., Kucharczyk, P., Klingbeil, D. (2014). Review on fracture and crack propagation in weldments – A fracture mechanics perspective. Engineering Fracture Mechanics, 132, 200–276. https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2014.05.012.
Barsoum, Z., Gustafsson, M. (2019). Fatigue of high strength steel joints welded with low temperature transformation consumables. Engineering Failure Analy-sis, 97, 635–649. https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2019.01.017.
Zhu, X.K., Chao, Y.J. (2002). Effects of tempera-ture-dependent material properties on welding simulation. Computers & Structures, 80(11), 967–976. https://doi.org/10.1016/S0045-7949(02)00040-8.
Deng, D., Murakawa, H., Liang, W. (2007). Nu-merical simulation of welding distortion in large struc-tures. Computer Methods in Applied Mechanics and En-gineering, 196(45–48), 4613–4627. https://doi.org/10.1016/j.cma.2007.05.023.
Balasubramanian, V., Guha, B. (2004). Effect of welding processes on toe cracking behaviour of pressure vessel grade steel. Engineering Failure Analysis, 11(4), 575–587. https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2003.09.004.
Paradowska, A.M., Price, J.W.H., Ibrahim, R., Fin-layson, T.R. (2006). The effect of heat input on residual stress distribution of steel welds measured by neutron diffraction. Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering, 17(1–2), 385–388.
Gannon, L., Liu, Y., Pegg, N., Smith, M. (2010). Effect of welding sequence on residual stress and distor-tion in flat-bar stiffened plates. Marine Structures, 23(3), 385–404. https://doi.org/10.1016/j.marstruc.2010.05.002.
G. Pei, W. Zongyan, Z. Yuting, L. (2023). Menglong Prediction system for overhead cranes based on digital twin technology. Applied Sciences, 13, 4696. https://doi.org/10.3390/app13084696.
Strelbitskiy V. (2022). Research of the influence of the movement mechanism on the resource of metal structures of overhead cranes of seaports. Herald of Khmelnytskyi National University. Technical sciences, 3, 249–253. https://www.doi.org/10.31891/2307-5732-2022-309-3-249–253.
O. Svirgun, G. Gnatenko, V. Svirgu, V. Svirgun (2021). Stress-deformed state research of the main girder in the single-girder crane and selection of a rational sec-tion. Ukrainian Journal of Applied Economics, 273–279. https://doi.org/10.36887/2415-8453-2021-4-33.
Strelbitskyi V. (2020). Experimental study of the effect of operating time on the crack resistance of bridge crane steels. Herald of Khmelnytskyi National University. Technical sciences, 4, 138–142.
Duong T. (2024). Reasonable design method of box crane girder by Taguchi method. Journal of Ap-plied Engineering Scienc, 22, 100–112. https://doi.org/10.5937/jaes0-4553614.
S. Kiviluoto, L. Eriksson, H. Koivo Modelling and control of vertical oscil-lation in overhead cranes. Proceedings of the American Control Conference. 01–03 July 2015, 1290–1295. https://doi.org/10.1109/ACC.2015.7170911.
M. Abid, H. Akmal, H. Wajid (2015). Design op-timization of box type girder of an overhead crane Irani-an Journal of Science and Technology: Transactions of Mechanical Engineering, 39, 101–112.
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Положення про авторські права Creative Commons
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи.
