WWW.KNIGA.LIB-I.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Онлайн материалы
 

«Инженерный вестник Дона, №2 (2015) ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2015/2915 Оценка несущей способности устройства защиты оператора лесопромышленного ...»

Инженерный вестник Дона, №2 (2015)

ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2015/2915

Оценка несущей способности устройства защиты оператора

лесопромышленного трактора с позиций механики разрушения

И.Г.Скобцов

Петрозаводский государственный университет, Петрозаводск

Аннотация: В статье рассмотрено применение силового подхода механики разрушения

для оценки влияния трещиноподобных дефектов на живучесть устройства защиты

оператора при опрокидывании лесопромышленного трактора. Интенсивность напряжений в конструкции оценена с применением метода конечных элементов. Определены предельные нагрузки и длины трещиноподобных дефектов. Показана степень влияния граничной краевой, сквозной и полуэллиптической трещин на несущую способность устройства защиты оператора лесопромышленного трактора.

Ключевые слова: механика разрушения, трещиноподобный дефект, метод конечных элементов, устройство защиты при опрокидывании, разрушающая нагрузка.

Действующие нормативно-технические документы, регламентирующие требования к безопасности операторов лесных машин [1, 2], предписывают оснащать кабины устройствами защиты при опрокидывании (ROPS – Rollover protective structures) для снижения риска травмирования в случае возникновения аварийной ситуации. Стандартом [1] допускается проведение статических лабораторных испытаний ROPS при боковом, вертикальном и продольном нагружении, при этом одним из главных требований является неразрушение конструкции ROPS при испытаниях.



Материалы реальных конструкций еще до начала эксплуатации имеют несовершенства в виде несплошностей, инородных неметаллических включений, раковин, газовых пор, дефектов сварки и механической обработки. Трещины могут развиваться в зонах действия наибольших механических напряжений, инициируясь на дефектах различного рода.

Таким образом, можно рассматривать трещиноподобные дефекты как элементы начала разрушения (первоначальные трещины малого размера). В связи с этим представляет интерес оценка величин предельной длины технологического дефекта конструкции ROPS и предельной нагрузки с позиций механики разрушения.

© Электронный научный журнал «Инженерный вестник Дона», 2007–2015 Инженерный вестник Дона, №2 (2015) ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2015/2915 В механике разрушения в зависимости от степени пластической деформации различают хрупкий, квазихрупкий и вязкий механизмы разрушения в условиях однократного воздействия постоянно возрастающей нагрузки. В основополагающей работе А. Гриффитса [3] представлен энергетический подход для описания механизма хрупкого разрушения при наличии трещины. Последующие исследования Дж. Ирвина [4] привели к созданию концепции квазихрупкого разрушения и силового подхода, получившего наиболее широкое распространение в инженерных приложениях и связанного с использованием такого критерия, как коэффициент интенсивности напряжений KI. Согласно Дж. Ирвину, трещина начнет распространяться, если значение коэффициента интенсивности напряжений KI достигнет критического значения KIС:

KI = KIС.

Критический коэффициент интенсивности напряжений KIС считается постоянной величиной для данного материала, его значения приведены в литературе [5, 6] для различных материалов.

Коэффициент интенсивности напряжений определяется по формуле K I = Y I (l ) l, (1) где YI(l) – коэффициент, учитывающий длину трещины и геометрическую форму детали; – нормальное напряжение, растягивающее трещину; l – длина (полудлина) трещины.





Проведем исследование влияния технологических дефектов на несущую способность ROPS при боковом нагружении путем оценки величин предельной длины трещины и предельной нагрузки по критерию коэффициента интенсивности напряжений KI в следующей последовательности:

1) Моделирование напряженно-деформированного состояния ROPS с помощью метода конечных элементов: построение конечно-элементной © Электронный научный журнал «Инженерный вестник Дона», 2007–2015 Инженерный вестник Дона, №2 (2015) ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2015/2915 модели ROPS и приложение боковой нагрузки F (величина F определяется согласно [1] в зависимости от массы лесопромышленного трактора).

2) Вычисление нормальных напряжений 1 и определение зоны действия max максимальных напряжений 1.

3) Выбор зоны локализации трещины. Допущение о возможной локализации дефекта в области наибольших напряжений (в зоне опор).

4) Вычисление величины KI по формуле (1) и построение графиков зависимости КI(l) и КI(F).

5) Определение величины KIС по справочным данным.

6) Определение предельной длины трещины lпр по графику КI(l).

7) Определение предельной нагрузки Fпр по графику КI(F) и сравнение ее величины с бездефектным вариантом.

В качестве примера приведем расчет нагружения устройства защиты оператора гусеничного трелевочного трактора Онежец 300 (масса трактора М = 9950 кг) боковой силой F = 69580 Н. Поскольку [1] допускает при испытаниях использование распределителей боковой нагрузки, имеющих длину до 80 % горизонтального расстояния между передней и задней стойками ROPS, можно сделать допущение о плоском напряженном состоянии конструкции. Рассмотрим три варианта возникновения трещин следующих типов: сквозной, полуэллиптической и граничной краевой. Схема образования трещин представлена на рис.1.

Материал ROPS – термообработанная сталь 15ХСНД с пределом прочности В = 800 МПа и критическим коэффициентом интенсивности напряжений KIС = 44.6 МПа м [6].

Вычисление величин нормальных напряжений, возникающих в конструкции, необходимо для определения опасных сечений и предположения о возможной зоне локализации трещины.

© Электронный научный журнал «Инженерный вестник Дона», 2007–2015 Инженерный вестник Дона, №2 (2015) ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2015/2915

–  –  –

© Электронный научный журнал «Инженерный вестник Дона», 2007–2015 Инженерный вестник Дона, №2 (2015) ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2015/2915

–  –  –

© Электронный научный журнал «Инженерный вестник Дона», 2007–2015 Инженерный вестник Дона, №2 (2015) ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2015/2915

–  –  –

Оценить величину предельной нагрузки Fпр можно путем решения обратной задачи. Например, при длине дефекта l = 2 мм предельная нагрузка примет значения: для полуэллиптической трещины Fпр = 59.9 кН (рис.3,б);

для краевой трещины Fпр = 48.8 кН; для сквозной трещины Fпр = 54.8 кН. Для бездефектного ROPS предельная нагрузка составит 77.85 кН – в этом случае величина наибольших напряжений в опорах будет соответствовать пределу прочности.

Выводы. Необходимость модернизации отечественного парка лесной автотракторной техники требует скорейшего решения вопросов проектирования и производства современных лесных машин [10, 11].

Методы механики разрушения находят все более широкое применение при проектировании машин и элементов конструкций.

© Электронный научный журнал «Инженерный вестник Дона», 2007–2015 Инженерный вестник Дона, №2 (2015) ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2015/2915

–  –  –

© Электронный научный журнал «Инженерный вестник Дона», 2007–2015 Инженерный вестник Дона, №2 (2015) ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2015/2915 Методика, представленная в данной работе, позволяет проводить оценку предельной длины дефекта и нагрузки при однократном нагружении ROPS лесопромышленного трактора боковой силой. Результаты расчетов показывают, что трещиноподобные дефекты, даже при небольших размерах, существенно снижают несущую способность устройства защиты оператора.

Работа выполнена при поддержке Программы стратегического развития (ПСР) Петрозаводского государственного университета в рамках реализации комплекса мероприятий по развитию научно-исследовательской деятельности на 2012 – 2016 г.г.

Литература

1. ISO 8082-1:2009 Self-propelled machinery for forestry – Laboratory tests and performance requirements for roll-over protective structures – Part 1: General machines.

2. ISO 8083:2006 Machinery for forestry – Falling object protective structures (FOPS) – Laboratory tests and performance requirements.

3. Griffith A. A. The phenomena of rupture and flow in solids. Phil. Trans.

Roy. Soc. Of London A221. 1921. pp. 163-197.

4. Irwin G. R. Fracture dynamics // Fracturing of metals. ASM. Cleveland.

1948. pp. 147-166.

5. Механика разрушения и прочность материалов: Справ. пособие: В 4 т.

/ Под общей ред. В.В. Панасюка. Киев: Наук. думка, 1988. Т. 2:

Коэффициенты интенсивности напряжений в телах с трещинами / Саврук М.П. 620 с.

6. Питухин А. В. Вероятностно-статистические методы механики разрушения и теории катастроф в инженерном проектировании.

Петрозаводск: Изд-во ПетрГУ, 1998. 304 с.

7. Питухин А.В., Скобцов И.Г., Хвоин Д.А. Исследование влияния технологических дефектов на прочность защитного каркаса кабины © Электронный научный журнал «Инженерный вестник Дона», 2007–2015 Инженерный вестник Дона, №2 (2015) ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2015/2915 колесного трелевочного трактора // Вестник Московского государственного университета леса Лесной вестник. 2010. №1. С. 89-91.

8. Pitukhin A. V. Fracture Mechanics and Optimal Design // Int. Journal for Numerical Methods in Engineering. 1992. Volume 34, № 3. pp. 933-940.

9. Pitukhin A.V. Optimal Design Problems Using Fracture Mechanics Methods // Computers and Structures. 1997. Volume 65, № 4. pp. 621-624.

10. Шегельман И.Р. Исследование направлений модернизации техники и технологии лесозаготовок // Инженерный вестник Дона, 2012. № 2. URL:

ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2012/866.

11. Рудаков М.Н., Шегельман И.Р. Формирование технологической платформы лесного сектора России как фактор повышения доходов лесопромышленных регионов России // Инженерный вестник Дона, 2012.

№3. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2012/892.

References

1. ISO 8082-1:2009 Self-propelled machinery for forestry. Laboratory tests and performance requirements for roll-over protective structures. Part 1: General machines.

2. ISO 8083:2006 Machinery for forestry. Falling object protective structures (FOPS). Laboratory tests and performance requirements.

3. Griffith, A. A. The phenomena of rupture and flow in solids. Phil. Trans.

Roy. Soc. Of London A221. 1921. pp. 163-197.

4. Irwin G. R. Fracture dynamics. Fracturing of metals. ASM. Cleveland.

1948. pp. 147-166.

5. Mekhanika razrusheniya i prochnost materialov [Fracture Mechanics and Strength of Materials]: Resource book in 4 volumes. By V.V. Panasyuk edition.

Kiev: Nauk. dumka, 1988. Vol. 2: Koefficienty intensivnosti napryazhenij v telah s treshhinami [Stress Intensity Factors in Solids with Cracks]. Savruk M.P. 620 p.

© Электронный научный журнал «Инженерный вестник Дона», 2007–2015 Инженерный вестник Дона, №2 (2015) ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2015/2915

6. Pitukhin A.V. Veroyatnostno-statisticheskie metody mekhaniki razrusheniya i teorii katastof v inzhenernom proektirovanii [Stochastic Methods of Fracture Mechanics and Catastrophe Theory in Engineering Design]. Petrpzavodsk: PetrSU Publ., 1998. 304 p.

7. Pitukhin A. V., Skobtsov I.G., Khvoin D.A. Vestnik Moskovskogo gosudarstvennogo universiteta lesa Lesnoj vestnik. 2010. №1. pp. 89-91.

8. Pitukhin A. V. Int. Journal for Numerical Methods in Engineering. 1992.

Volume 34, № 3. pp. 933-940.

9. Pitukhin A.V. Computers and Structures. 1997. Volume 65, № 4. pp. 621Shegel'man, I.R. Inzhenernyy vestnik Dona (Rus), 2012. № 2. URL:

ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2012/866.

11. Rudakov, M.N., Shegel'man, I.R. Inzhenernyy vestnik Dona (Rus), 2012.

№ 3. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2012/892.

Похожие работы:

«Нестерова Л. Л., Леонтьева Д. В. Стадии гидратации модифицированной извести. ВЕСТНИК ЮГОРСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА 2010 г. Выпуск 4 (19). С. 33–38 УДК 542.934 СТАДИИ ГИДРАТАЦИИ МОДИФИЦИРОВАН...»

«Овсянникова Валерия Владимировна МЕТАФОРИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ В НАУЧНОМ ГЕОЛОГИЧЕСКОМ ДИСКУРСЕ Специальность 10.02.01 – русский язык Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата филологических наук Томск – 2010 Работа выполнена на кафедре русского языка и литературы ГОУ ВПО "Национальный исследовательский Томский полите...»

«Инструкция по эксплуатации Машина для сварки встык нагревательным элементом ROWELD® P 315 B Прочтите и сохраните инструкцию по эксплуатации! В случае ошибок оператора при управлении машиной гарантийные обязательства теряют свою силу! Производитель о...»

«Публичный информационно-аналитический доклад о состоянии и результатах деятельности Муниципального автономного общеобразовательного учреждения лицей № 27 г. Улан-Удэ за 2014-2015 учебный год 1. Общие вопросы 1.1.Общая характеристи...»

«-4_ J2 ^ 1102464 СМЕСИТЕЛИ Ш ARGO ARGO ТМ "ARGO" это востребованная торговая марка смесителей на рынке сантехнического оборудования. ТМ "ARGO" присутствует на рынке сме­ сителей с 2004 года и...»

«ПРИКЛАДНАЯ МЕХАНИКА И ТЕХНИЧЕСКАЯ ФИЗИКА. 2000. Т. 41, N3 163 УДК 539.4 ОЦЕНКА ПРОЧНОСТИ ПЛАСТИНЫ С ЭЛЛИПТИЧЕСКИМ ОТВЕРСТИЕМ ПРИ РАСТЯЖЕНИИ И СЖАТИИ С. В. Сукнв е Институт физико-технических проблем Севера СО РАН, 677891 Якутск Оценивается прочность пластины с эллиптическим отверстием, подверженной одноосн...»

«М.Г. Окладная, Л.В. Перевалова Национальный юридический университет им. Я. Мудрого, Национальный технический университет "Харьковский политехнический институт", Академия военно-исторических наук и казачества, г. Харьков ДИПЛО...»

«TEHNIKA GRIJANJA Centrometal d.o.o. Glavna 12, 40306 Macinec, Croatia, tel: +385 40 372 600, fax: +385 40 372 611 ТЕХНИЧЕСКОЕ РУКОВОДСТВО для установки, эксплуатации и обслуживания комнатной печи на древесных пеллетах CentroPelet ZV14 TUZV14-4-2014-HR РУС Меры безопасности Вни...»

«НОВИНКИ Решения для цифрового будущего НОВИНКИ 2017 — инновации для Вашего успеха Наша миссия — способствовать техническому прогрессу, используя наши инновационные решения. Мир меняется — он становится все более цифровым, более интеллектуальным и более гибким. Мы разрабатываем современные и перспективные продукты, сис...»

«СОГЛАСОВАН УТВЕРЖДЕН приказом ООО "Технический центр приказом "ИНФИНИТУМ" от 04 декабря 2008 г. № П/08-83 от 04 декабря 2008 г. № 12 РЕГЛАМЕНТ ПОДСИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОННОГО ДОКУМЕНТООБОРОТА АО "СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЙ ДЕПОЗИТАРИЙ "ИНФИНИТУМ" (с изменениями и дополнениями, утвержденными приказом от 17 сентябр...»








 
2017 www.kniga.lib-i.ru - «Бесплатная электронная библиотека - онлайн материалы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.