РОЗДІЛ 2
ТЕОРЕТИЧНІ ОСНОВИ ОЦІНКИ ТРІЩИНОСТІЙКОСТІ ТОНКОСТІННИХ ЕЛЕМЕНТІВ ТРИМКИХ КОНСТРУКЦІЙ
2.1. Дослідження напружено - деформованого стану тримких конструкцій машини КС-6Б
В сучасній інженерній практиці розрахунок напружено - деформованого стану конструкцій проводиться за допомогою спеціальних програм, які за допомогою комп'ютерної техніки реалізують, в основному, метод кінцевих елементів (МКЕ) [32, 85]. Використовуючи спеціальні інженерні пакети прикладних програм при розрахунку складних, вкрай нерегулярних тримких конструкцій, користувач оперує природними параметрами: довжиною, масою, геометричними та жорсткістними характеристиками перетину, зусиллями. Від нього не вимагається складних математичних викладок та описів, обґрунтування розрахункових положень і т.д.
Результати розрахунку суттєво залежать від детальності моделювання конструкції та потужності обчислювальної техніки. Широко використовують спрощенні моделі, які характеризуються довільно вибраними умовами. Спрощене моделювання реальної конструкції пов'язане з виділенням тільки суттєвих ознак і обмежується часом розрахунку чи потужністю обчислювальної системи. Використання таких розрахунків доцільне для якісної оцінки загального напружено - деформованого стану конструкції.
Для отримання якомога точнішого розрахунку будь - якої інженерної конструкції необхідно володіти даними про її реальну навантаженність (точки прикладання зусиль, їх величину та напрямок дії).
Тримкі конструкції сільськогосподарських машин мають таку особливість, що перпендикулярно до їх площини діють, в основному, зосереджені навантаження (в комплексі з вібраціями) в опорах змонтованих на них збурюючих мас, які врівноважуються опорними реакціями.
Основними збурюючими масами, які в процесі експлуатації створюють трикомпонентні динамічні навантаження на тримкі конструкції машини КС-6Б, є кабіна водія, бак для пального, силовий агрегат, викопуючий пристрій, поздовжній транспортер та бункер накопичувача з вивантажувальним елеватором.
Для оцінки напружено - деформованого стану базової рами машини КС-6Б проведено її наближений статичний розрахунок з врахуванням коефіцієнтів динамічності отриманих у [37, 39, 80, 150].
Значення величин силових факторів для розрахунку подано у таблиці 2.1 (дані СКБ ВАТ "ТеКЗ"), а розрахункові схеми - на рис. 2.1, а та рис. 2.2, а.
Таблиця 2.1
Навантаження на основну раму машини КС-6Б
Функціональна установкаМаса, кгНавантаження в опорі (по осі Z)Кабіна водія3301,3 кН / мБак для пального3002 кН / мВикопуючий пристрій2500Передня: по Х: 10.9 кН; по Z: 13 кН
Задня: по Х: -10.9 кН; по Z: 1,5 кНСиловий агрегат1250 Права передня: 1,4 кН;
Ліва передня: 1,1 кН;
Права задня: 7,4 кН;
Ліва задня: 5,8 кНПоздовжній транспортер7303,6 кНБункер накопичувача5702,8 кНВивантажувальний елеватор8003,9 кН
Розрахунок НДС основної рами машини КС-6Б проведено за допомогою спеціалізованого пакету прикладних програм "ЛІРА". Результати розрахунку подано у графічному вигляді (рис. 2.1, б, в). Як видно з результатів розрахунку, одним з найбільш навантажених елементів основної рами машини КС-6Б є повздовжня центральна балка.
а)
б)
в)
Рис. 2.1. Розрахункові моделі основної рами машини КС-6Б:
а - загальна розрахункова схема;
б - розподіл згинальних зусиль в елементах конструкції;
в - розподіл перерізуючих сил в елементах конструкції
а)
б)
в)
Рис. 2.2. Розрахункові моделі рами без дії навантаження на центральній балці:
а - загальна розрахункова схема;
б - розподіл згинальних зусиль в елементах конструкції;
в - розподіл перерізуючих сил в елементах конструкції
Для оцінки впливу напружено - деформованого стану основної рами в цілому на напружено - деформований стан центральної балки зокрема було проведено розрахунок основної рами з припущенням, що зовнішнє навантаження на центральній балці відсутнє. Як видно з результатів розрахунку (рис. 2.2), вплив загального напружено - деформованого стану основної рами на напружено - деформований стан центральної балки практично відсутній. Отже, розрахунок центральної балки можна проводити як розрахунок окремо взятого елемента з моделюванням реальних граничних умов його закріплення.
Збурюючою масою, яка в процесі експлуатації створює трикомпонентні динамічні навантаження на центральну балку машини КС-6Б, є викопуючий пристрій. Особливістю монтажу коренекопача є те, що він кріпиться на балку лише у двох точках: за допомогою гідроциліндра переведення копача у робоче / транспортне положення та заднього кронштейна рами викопуючого пристрою.
Як зазначалось у підрозділі 1.2, в процесі експлуатації в наслідок розгойдування викопуючого пристрою виникає крутний момент на центральній балці основної рами машини в точці кріплення гідроциліндра, що приводить до виникнення додаткових напружень від стисненого кручення.
Для визначення бімомента, який зумовлює появу напружень стисненого кручення, розглянемо розрахункову схему центральної балки (рис. 2.3).
Рис. 2.3. Розрахункова схема до визначення бімомента
Складені за допомогою функцій впливу (див. пункт 1.3) загальні рівняння , , та будуть містити невідомі початкові параметри , , та . Їх визначають з умов закріплення на лівому та правому кінцях стержня.
На лівому кінці переважно задаються двома параметрами та . Тому при будь - яких граничних умовах однопрольотного стержня необхідно одночасно розв'язувати не більше двох рівнянь, які визначаються з умов закріплення правого кінця стержня.
Для визначення невідомих параметрів та , за допомогою функцій впливу (табл. 1.1) записуємо загальні рівняння кута закручування та його похідної на правому кінці балки:
(2.1)
Розв'язавши систему рівнянь (2.1) за умови та , отримаємо:
; (2.2)
. (2.