Разработан алгоритм, имитирующий процесс зарождения и развития усталостных трещин в сварном соединении на примере узла крепления мобильной платформы и опорной обечайки поворотного устройства грузоподъемного крана Gottwald НМК 170 EG (63 т), разрушение которого произошло в 2011 году на территории ОАО «Новороссийский морской торговый порт» (НМТП). Предложенный алгоритм учитывает неоднородную геометрию шва, влияющую на значение коэффициента концентрации напряжений, и неравномерное распределение номинальных напряжений, связанное с конструктивными особенностями узла. В основе процесса моделирования лежит экспериментально установленный факт, что профиль геометрии перехода от шва к основному металлу вдоль сварного соединения изменяется случайно. В результате этого появление трещин вдоль шва носит случайный характер. При циклическом нагружении развитие разрушения представляет собой последовательный процесс зарождения трещин на различных участках сварного соединения вдоль шва, подрастание одиночных поверхностных трещин по законам механики разрушения, появление новых трещин, слияние трещин на соседних участках. При слиянии берегов трещины изменяется профиль контура, что приводит к увеличению скорости роста глубины трещины. В дальнейшем процесс развития многоочагового разрушения продолжается до достижения трещиной критического размера. Скорость накопления повреждений и развития разрушения зависит от степени неоднородности концентрации напряжений вдоль шва. Реализация предложенной модели позволит решить задачи определения периодичности диагностирования узла, мест с наибольшей вероятностью возникновения усталостных трещин и обосновать возможные методики усиления конструкции.
многоочаговое разрушение, концентрация напряжений, распределение НДС, неравномерное распределение номинальных напряжений.
Для прогнозирования процесса разрушения сварных конструкций при циклическом нагружении зачастую используют аналитические модели, которые позволяют оценивать долговечность и надежность относительно простых тел с трещинами. Однако они не всегда позволяют учитывать многообразие факторов, влияющих на процесс разрушения сварных соединений, и вынуждают прибегать к упрощению реальных явлений. Этот факт указывает на то, что использование аналитических моделей для расчета характеристик прочности сварных соединений может быть слишком неточным.
Имитационное моделирование позволяет учитывать большое количество особенностей процесса развития разрушений сварных соединений, особенно в крупногабаритных конструкциях, которые могут иметь несколько зон концентрации напряжений.
Процесс статистического моделирования зарождения и развития разрушений в сварных конструкциях подробно описан в работах сотрудников кафедры «Машины и автоматизация сварочного производства» ДГТУ [1–3]. Однако в этих работах моделирование рассматривалось с позиции неизменного распределения номинальных напряжений вдоль шва.
Целью работы является обоснование возможности использования процесса имитационного моделирования с учетом неоднородного распределения номинальных напряжений в конструкции.
1. Лукьянов, В. Ф. Статистическое моделирование разрушения сварных соединений / В. Ф. Лукьянов, А. С. Коробцов, В. В. Напрасников // Автоматическая сварка. — 1989. — № 1. — С. 43–48.
2. Lukjanov, V. F. Imitative simulation of welded joint fracture under low-cycle loading / V. F. Lukjanov, А. S. Korobtsov // International Journal of Pressure vessels and Piping. — 1991. — vol. 47, iss. 2 — C. 193–206.
3. Компьютерное проектирование и подготовка производства сварных конструкций / С. А. Куркин, В. М. Ховов [и др.]; под ред. С. А. Куркина, В. М. Ховова. — Москва : изд-во МВТУ им. Н. Э. Баумана, 2002. — 464 с.
4. Сосуды и аппараты стальные. Нормы и методы расчета на прочность при малоцикловых нагрузках. ГОСТ 25859-83 / Государственный комитет стандартов Совета министров СССР. — Москва : Издательство стандартов, 1983. — 36 с.
5. Пархоменко, А. А. Методы и критерии оценки локального напряженно-дерформированного состояния сварных соединений : дисс. магистра техники и технологии / А. А. Пархоменко. — Ростов-на-Дону, 2006. — 111 с.
6. Basquin, О. H. The exponential law of endurance tests // Proc. ASTM. — 1910. — № 10. — P. 625–630.
7. Manson, S. S. Fatigue : a complex subject-some simple approximation // Exp. Mech. — 1965. — № 5. — P. 193–226.
8. Coffin, L. F. A study of the effect of cyclic thermal stresses on a ductile metal // Trans. ASME. — 1954. — № 76. — P. 931–950.
9. Лукьянов, В. Ф. Анализ причин разрушения металлических конструкций опорного узла стрелового крана / В. Ф. Лукьянов, С. С. Ассауленко // Вестник Дон. гос. техн. ун-та. — 2014. — № 4 (79). — С. 186–194.
10. Ассауленко, С. С. Оптимизация размещения ребер жесткости при ремонте рамы поворотной платформы грузоподъемного крана // Вектор науки ТГУ. — 2014. — № 1 (27). — С. 33–35.
11. Методы расчета циклической прочности сварных соединений / А.В. Ильин [и др.] — Ленинград : ЛДНТП, 1983. — 33 с.
12. Paris, P. C. A critical analysis of crack propagation laws / P. C. Paris, F. A. Erdogan // Trans ASME. J. Bas. Eng. — 1963. — № 4. — P. 528–534
