Чувствительность ндс рам к эксплуатационным трещиноподобным дефектам

Оценка опасности эксплуатационного трещиноподобного дефекта непосредственно связано с анализом чувствительности показателей НДС рам к наличию этого дефекта. Опасность дефекта определяется местоположением дефекта, его ориентацией и уровнем нагруженности поврежденного элемента конструкции.

Для учета фактического характера деформирования фрагмента лонжерона, ослабленного трещиной, используется технология конечно-элементного моделирования с применением подконструкций. Данный подход основан на том, что наличие трещины оказывает влияние только на НДС в локальной зоне, сравнимой по размерам с размерами трещины и усилений. Для этого установленная расчетом наиболее нагруженная зона рамы моделируется подконструкцией, содержащей трещину (рисунок 4.1).

Схема использования подконструкции
Схема использования подконструкции

Рисунок 4.1 – Схема использования подконструкции: 1 – фрагмент полки лонжерона; 2 – фрагмент стенки лонжерона; 3 – подконструкция;                  4 – трещина

По результатам решения статической задачи по определению НДС рамы устанавливаются граничные условия (смещения узлов) по контуру подконструкции. Далее эти условия переносятся на контур рассчитываемой отдельно подконструкции, для которой выполняется мелкая дискретизация расчетной области. Таким образом для одних и тех же условий деформирования рамы выполняется исследование ее чувствительности к наличию трещины того или иного размера при минимальных временных затратах и приемлемой точности результатов.

Выполнено численное моделирование рамных конструкций четырех модификаций автосамосвалов БелАЗ с использованием метода подконструкций. Технология проведения серии вычислительных экспериментов представлена следующим алгоритмом.

  1. На базе выполненного анализа НДС рам автосамосвалов (п. 2.3) для каждой рамы установлен участок вертикального листа лонжерона, представляющий потенциальную опасность по трещинообразованию и разрушению. Выбор этого участка осуществлен следующим образом.

Для каждой рамы проанализировано НДС во всех расчетных случаях и установлен перечень конструктивных зон с уровнем напряжений выше среднего по конструкции. Далее из этого перечня выбрана наиболее нагруженная зона, локализованная в области сложных условий деформирования: сочленения лонжеронов и поперечин, крепления элементов подвески. Дальнейшие построения выполнялись в предположении, что эта зона лимитирует надежность и живучесть несущей рамы, и показатели живучести, полученные для этой зоны, можно рассматривать в качестве консервативных оценок для всей конструкции.

  1. Конечно-элементные модели несущих рам модифицированы с целью введения в выбранную зону каждой рамы площадки, моделируемой в дальнейшем подконструкцией с трещиной (рисунки 4.2 – 4.5). Повторены все выполненные в п. 2.3 расчеты, но в качестве их результатов рассматривались не параметры НДС, а граничные условия (абсолютные деформации) по контуру этой площадки, вызванные деформированием всей несущей рамы. Эти граничные условия сохранены в качестве внешних нагрузок, прикладываемых в дальнейшем на подконструкции.
  2. Для всех четырех рам смоделированы подконструкции, содержащие трещину. Эти подконструкции представляют собой площадки, геометрически идентичные соответствующим площадкам, предусмотренных в моделях рам, и имеют те же координаты границ в глобальной системе координат. Трещина во всех подконструкциях рассматривалась переменной длины (от 5 до 25 мм) для оценки влияния размера дефекта на параметры НДС. Граничные условия, сохраненные на предыдущем шаге, перенесены на подконструкции и выполнен их локальный расчет.

 

Моделирование подконструкции в раме БелАЗ-7549
Моделирование подконструкции в раме БелАЗ-7549
Моделирование подконструкции в раме БелАЗ-7420
Моделирование подконструкции в раме БелАЗ-7420

 

Моделирование подконструкции в раме БелАЗ-75191
Моделирование подконструкции в раме БелАЗ-75191

 

Моделирование подконструкции в раме БелАЗ-7548a
Моделирование подконструкции в раме БелАЗ-7548a

 

  1. Выполнен анализ результатов, позволивший установить характерные особенности полей напряжений в вертикальных листах лонжеронов, содержащих эксплуатационные трещины. Типичный случай распределения напряжений в связи с наличием эксплуатационной трещины в лонжероне выглядит следующим образом (рисунок 4.6). В вершинах трещины возникают области значительных концентраций напряжений, размеры которых невелики по сравнению с длиной трещины. Уровень концентрации напряжений весьма быстро снижается по мере удаления от вершины трещины. Области, примыкающие к берегам трещины, разгружены от деформирования и характеризуются гораздо меньшим по сравнению со всей подконструкцией уровнем напряжений.
Распределение интенсивности напряжений в области трещины
Распределение интенсивности напряжений в области трещины

Рисунок 4.6 – Распределение интенсивности напряжений в области трещины

  1. В качестве одного из показателей чувствительности НДС к наличию трещиноподобного дефекта построены зависимости максимальных напряжений в области вершины трещины от ее длины σ = f(l) (рисунки 4.7 – 4.10). Для обеспечения сравнимости результатов зависимости построены не в абсолютных, а в относительных единицах u = σmaxном = f(l), где σmax – максимальный уровень интенсивности напряжений в подконструкции в области трещины; σном – номинальный уровень интенсивности напряжений в соответствующей области неповрежденной конструкции.

Анализ полученных зависимостей позволяет сделать следующие выводы.

  1. Для всех рассмотренных модификаций рамных конструкций при всех режимах нагружения наблюдается устойчивый рост параметров напряженного состояния. При этом интенсивность роста оказывается весьма различной и характеризует чувствительность конструкции к наличию повреждения. По мере снижения чувствительности рамы самосвалов могут быть ранжированы следующим образом: БелАЗ-75191, БелАЗ-7420, БелАЗ-7549, БелАЗ-7548а.
Зависимости u = f(l) для подконструкции рамы БелАЗ-7549
Зависимости u = f(l) для подконструкции рамы БелАЗ-7549
  1. Для рассмотренных расчетных случаев (1 – номинальное опирание на все колеса, 2 – кручение, 3 – продольный изгиб, 4 – поперечный изгиб на рисунках 4.7 – 4.10) не удается установить наиболее тяжелый, с точки зрения повышения опасности эксплуатационных трещин. С увеличением длины трещины величины σmaxном растут практически пропорционально для всех указанных расчетных случаев. Это свидетельствует о том, что в данном случае доминирует общий уровень номинального напряжения в рамной конструкции.
Ссылка на основную публикацию
Adblock detector