Напряженно-деформированное состояние шлюзовых ворот тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.06 ВАК РФ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ ГОС^УРСТЕННАЯ ГОРНАЯ АКАДЕМИЯ УКРАИНЫ

- 8 М» 1398

" На правах рукописи ^

ХИМИН Владимир Никитович

НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ ШЛЮЗОВЫХ ВОРОТ

0М2М

■в&т02г09~^ Динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Днепропетровск - 1996

Диссертация является рукописной работой Работа выполнена в Государственной металлургической академии

Украины

доктор технических наук, профессор Колесник Иван Антонович

доктор физико-математических наук, профессор Андрианов Игорь Васильевич

кандидат технических наук Анциферов Александр Владимирович

Запорожское специальное проектно-конструкторское технологическое бюро "Запорожгидросталь"

Защита состоится '47" апреля 1996г. в \А ЧйС.

на заседании специализированного совета Д 03.06.04 при Государственной горной академии Украины.

Адрес: 330027, г.Днепропетровск, пр. К.Маркса, 19, Государственная горная академия Украины

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке академии. Автореферат разослан_"10" марпга__ 1996 г.

Ученый секретарь специализированного совета доктор технических наук

Научный руководитель

Официальные оппоненты

Ведущее предприятие

Г.А.Симанович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время при проектировании шлюзовых ворот, являющихся сложной пространственной конструкцией с неясными условиями спирания по вертикальным створному и вере-яльноыу столбам, нагрузками, действующими как в плоскости створок, так и перпендикулярно к ней, в которой все конструктивные элементы: обшивка, ригели, диафрагмы, стрингеры, диагонали, работающие совместно, рассчитываются как совокупность отдельных частей, не связанных между собой и воспринимающих гидростатический напор. При этом другие виды нагружения: работа ворот при маневрировании, воздействие обратной волны, действие вибраций, а также циклический характер приложения сил не учитывается.

Кроме того, большое значение могут иметь условия створения, приводящие к перераспределению нагрузок, а также температурные напряжения.

Наличие местных разрушений (трещин),наблюдаемых после нескольких лет эксплуатации указывает на недостаточность такого расчета и необходимость полного исследования работы шлюзовых ворот с учетом всех вышеуказанных факторов.

Таким образом, актуальность темы состоит в разработке методики расчета на прочность и долговечность шлюзовых ворот, применительно как для создания новых ворот, так и для реконструкции действующих.Работа восполняет отсутствие экспериментального материала по испытаниям на долговечность элементов конструкции шлюзовых ворот и предлагает более точную методику расчета напряженного состояния и прогнозирования долговечности ворот.

Представленные в диссертационной работе исследования выполнены в соответствии с "Планом разработки и освоения новых видов продукции" Минэнерго СССР по теме №10178 "Исследование прочности

конструкций шлюзовых ворот и разработка новой методики их расчета при действии циклической нагрузки".

Цель работы состоит в том, чтобы на базе экспериментальных данных и теоретических решений разработать методику расчета шлюзовых ворот на прочность и долговечность. Для решения первой задачи необходимо определить действующие на створку ворот нагрузки и вызванное ими напряженное состояние. Другая задача состоит в определении ресурса конструкции, т.е. установлении зависимости между долговечностью сварных узлов и характеристиками их напряженного состояния.

Идея работы заключается в том, что при разработке более точной методики расчета шлюзовых ворот, повышающей их долговечность, необходимо учитывать наиболее существенные факторы (гидростатическое давление, работа ворот при маневрировании, воздействие обратной волны, действие вибраций, вклад температурных напряжений, влияние условий створения, а также циклический характер приложения сил), влияющие на прочность и долговечность конструкции,часть которых ранее не рассматривались.

Методы исследований. Для достижения поставленной цели в работе использован комплексный метод исследований, включающий на -турные испытания и эксперименты на модели с использованием методов тензометрирования, осциллографирования и моделирования, расчеты с использованием методов математического аппарата и програ-мирования, аналитические исследования с использованием методов сопротивления материрлов и строительной механики.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации, обусловленакорректной постановкой зздач; использованием фундаментальных положений сопротивления материалов и строительной механики; строгостью использования экспериментальных методов и математического аппарата;

удовлетворительной сходимостью результатов эксперимента на модели, расчета и натурных исследований (отклонение составляет в среднем 13 - 20 % при надежности 0,95); сопоставлением решений характерных задач с данными теоретических исследований, выполненных другими авторами.

Научные положения, выносимые на защиту:

1) напряженно-деформированное состояние (НДС) шлюзовых ворот в значительной степени зависит от условий створения, приводящим к перераспределению нагрузок, изменяющих НДС;

2) определение НДС створки шлюзовых ворот численным методом достигается использованием математической модели створки, моделируемой как пластины переменной жесткости, нагруженной нормальным давлением и распределенными по боковым поверхностям изгибающими моментами и продольными усилиями, алгоритм решения которой реализуется на ЭВМ в виде пакета прикладных программ;

3) прочность и долговечность шлюзовых ворот определяется не только нагрузками, действующими на створку ворот, но и циклическим характером их приложения;

4) малоцикловые усталостные испытания сварных узлов натурных толщин в условиях двухосного нагружения позволяют вывести зависимость между долговечностью сварного узла и характеристиками их напряженного состояния.

Научная новизна работы.

I. Определено НДС створки шлюзовых ворот при различных режимах эксплуатационных нагрузок. Впервые получены результаты о влиянии условий створения створки на прочность конструкции. Оценена возможность двухчастотного нагружения конструкции, учтен вклад температурных напряжений в напряженное состояние створки. Опре -делены зоны, в которых при нормальных нагрукенилх в условиях двухосного напряженного состояния происходит переход металла в плас-

тическое состояние.

2. Разработана новая методика проведения усталостных испытаний при двухосном нагружении узлов шлюзовых ворот натурных толщин. Впервые получены кривые малоцикловой усталости для сварных узлов в условиях двухосного нагружения, позволяющие определить долговечность узла по величине интенсивности номинальных деформаций и, наоборот, исходя из заданного срока службы, опреде -лить допустимый уровень номинальных нагружений.

3. Разработана и реализована в виде пакета прикладных программ для ЭВМ математическая модель створки, позволяющая рассчитать общее напряженное состояние конструкции под действием гидростатического давления с учетом нерегулярности створения.Разработана для ЭВМ программа расчета напряжений и деформаций в панели обшивки с учетом начальной погиби и сил в срединной поверхности.

Научное значение состоит в экспериментальном и численном определении ВДС створки шлюзовых ворот, в разработке новой методики проведения усталостных испытаний при двухосном нагружении узлов шлюзовых ворот натурных толщин, а также в разработке более точной методики расчета шлюзовых ворот на прочность и долговечность.

Практическое значение. Разработанная методика дает возможность с достаточной для инженерной практики точностью и полнотой производить расчет шлюзовых ворот при действии циклической нагрузки. Многие результаты представлены в виде формул, таблиц и графиков, что позволяет использовать их непосредственно в проектной практике.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на УП Всесоюзной школы-семинара "Метод конечных элементов з механике деформируемых тел" (г.Запорожье, 1985г.), I Всесоюзной конференции "Технологические проблемы прочности не-

сущих конструкций" (г.Запорожье, 1991 г.), научных семинарах кафедры сопротивления материалов и строительной механики Запорожского индустриального института (г.Запорожье, 1991-1993г.г.),научных семинарах кафедры строительной механики Государственной металлургической академии Украины (г.Днепропетровск, 1935-1995г.), объединенном семинаре при специализированном совете Д 03.06.04 Государственной горной академии Украины (г.Днепропетровск,1995г.)

Публикации. Основные положения и результаты исследований по теме диссертации опубликованы в 8 работах, в том числе получено авторское свидетельство на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы из 81 наименования и приложения. Полный объем составляет 154 страницы машинописного текста, содержит 55 рисунков и 3 таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дается обоснование актуальности выбранной темы, изложена цель исследований, дана характеристика диссертации по главам, сформулированы основные положения, которые выносятся на защиту.

В первой главе приведен анализ особенностей эксплуатации шлюзовых ворот.

Отмечено, что после нескольких лет эксплуатации в конструкциях створок возникают разрушения местного характера. Чаще всего это трещины в сварных зонах узлов. В дальнейшем трещины из зоны сварки распространяются в основной металл.

Учитывая особенности эксплуатации ворот шлюза - сложное пространственное взаимодействие элементов конструкций створки, наличие циклического характера нагружения, подчеркнута необходимость оценивать прочность створки в статической постановке и

производить проверку на малоцикловую выносливость.

Обосновано, что для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: экспериментально определить ВДС створки шлюзовых ворот при различных режимах эксплуатационных; оценить возможность двухчастотного нагружения конструкции ;учесть вклад температурных напряжений в напряженное состояние створки; определить НДС створки ророт численным методом; исследовать долговечность сварных узлов конструкции ворот.

Вторая глава посвящена экспериментальному исследованию НДС двухстворчатых ворот шлюза на тензометрической модели и натурной конструкции.

Сложность в определении нагрузок, кроме гидростатической, наличие нерегулярностей в створении, трудоемкость применения в данной ситуации метода конечных элементов для прочностного расчета делают расчетную задачу о напряженно-деформированном состоянии ворот затруднительной. Поэтому возникла необходимость изучения работы шлюзовых ворот на тензометрической модели.

Применение тензометрической модели для изучения ВДС в створках ворот позволяет преодолеть большинство трудностей технического характера, присущих эксперименту на натурной конструкции, более подробно оборудовать объект тензометрирования, обеспечить надежную работу и с достаточной степенью точности воспроизводить большинство эксплуатационных нагрузок.

Рассмотрена конструкция тензометрической модели.

Модель изготовлена из листового оргстекла как действующая, с высокой степенью подобия не только по габаритным размерам и толщинам, но и по конструкциям гальсбанта, шаровой пяты, опорных подушек и приводного механизма, помешена в металлическую камеру с водонепроницаемыми стенками и дном.

В исследованиях используется двухмасштабное моделирование с масштабами: для геометрических размеров Я = 25; для толщин Т = 10. Используя опыт моделирования в судостроении были получены зависимости для масштабов линейных деформаций и напряжений. Эксперименты с моделью выполнялись нагружением водой: в условиях створения при постоянном уровне нижнего бъефа (НБ) и ступенчатом подъеме уровня верхнего бъефа (ВБ); в условиях маневрирования при уровне НБ.

Деформированное состояние модели оценивалось показаниями тен-зодатчиков. Регистрация показаний производилась цифровым тензо-метрическим мостом - ЦТМ-5.

Количество тензодатчиков и места их размещения определялись необходимостью сопоставления и анализа расчетных и эксперимен -тальных результатов в наиболее нагруженных зонах напорной и безнапорной сторон створки. При этом учитывались также результаты статистической оценки характерных мест трещинообразованля на действующих воротах.

Приведены результаты, полученные на тензометрической модели. На рис.1,2 показано распределение деформаций £х и Су на безнапорной стороне ворот. С подъемом уровня ВБ £х и значительно изменяются по величине, а в некоторых точках меняется даже знак деформаций. В ригелях с напорной стороны деформации с?* .особенно ¿у , значительно меньше чем с безнапорной (в 1,3* 1,5 раза) в силу смещения нейтральной оси к напорной стороне. Таким образом, полотно створки подвергается изгибу в двух направлениях,совпадающих с осями ригелей и диафрагм. Из рис.1,2 еидно, что с подъемом уровня ВБ происходит как бы волнообразно изменяющийся процесс изгиба. Рост нагрузки сглаживает распределение ¿?х , однако деформации выравниваются в разной мере - промежуточные диафрагмы ос -таются существенно искривленными, а концевые столбы значительно

Рис. Т. Эпюры <?х в точках безнапорной стороны полки третьего ригеля. Перепад уровней: а - 4-8 ригели; Х - 4-10 ригели; о - 4-12 ригели; «-4-14 ригели.

5 енЮОхЮ

Рис. 2. Эпюры € у в точках безнапорной стороны: а - вере-яльного столба ; б - по вертикальной плоскости симметрии ; в - створного столба (числа указывают номера ригелей ; перепад уровней: а - 4-3 ригели; X - 4-10 ригели: о - 4-12 ригели; • - 4-14 ригели).

деформированными в районе 1-5 ригелей.

Специальными экспериментами оценено влияние несовершенств створения, связанных с наличием зазоров между опорными подушками; с появлением клиновидного зазора в створном столбе (прямой клин -вершина у верхнего ригеля, обратный - у нижнего ригеля).

Представленные результаты свидетельствуют о существенном влиянии условий контакта в створном столбе. При наличии к началу створения исходного клиновидного зазора подушки войти в контакт по всей высоте створа смогут только за счет дополнительных деформаций изгиба в вертикальных сечениях створки, а ось створного столба перестает быть прямолинейной.

Так как НДС створки даже для поясов ригелей оказывается двухосным, то целесообразно оперировать с некоторой обобщенной ха -рактеристикой.В частности это может быть интенсивность деформации

¿•¿ = (£х+4-<Гх£ у),/2. (I)

Распределение величины С С в полке третьего ригеля для исследованных ситуаций створения дано на рис. 3.

Особенно неблагоприятным оказывается створение с обратным клином, так как около столбов значение либо превышают, либо близки к ¿0,2 - деформации, соответствующей пределу текучести 6т образца из стали типа марки Ст.З. Эти данные получены без учета концентрации напряжений с технологическим происхождением. Следовательно, при коэффициенте концентрации 1,5 + 2 напряжения заведомо превысят С?т » также и для стали марки 09Г2С.

Нагружение ворот носит циклический характер не только из-за циклов наполнение-опорожнение камеры. Как видно из представленных результатов, в процессе подъема (падения) уровня ББ в отдельных частях металлоконструкции створки происходит не просто монотонное изменение <Гх , ¿у , а появляется дополнительная цикличность.

п,

о «

и

I

.—А

Рис. 3. Эпюры для точек безнапорной стороны полки 3 ригеля (I - €о,й для стали МКС):

о - прямой клин; А- обратный клин; • - створение без клина.

Высказано предположение о том, что при упругопластическом деформировании могут создаваться предпосылки к трещинообразова-нию малоциклового характера.

Во второй главе также описаны натурные испытаний на Чебоксарском шлюзе.Приведена специальная конструкция датчиков для замера деформаций и места их расположения.Экспериментально проверена возможность появления трещин вследствие вибраций створки ворот. Оценен вклад температурных напряжений в НДС конструкции.Показано сопоставление деформаций полученных на натурной конструкции с значениями деформаций тензометрической модели.Отмечено достаточно хорошее соответствие, различие не превышает 13% при надежнос-

Результаты, полученные на модели и натурной конструкции,должны учитываться г ргсчыгос сскпуР. гс^ст гри рассмотрении статических и гиклических задач прочности.

ти 0,95.

В третьей главе приведен расчет НДС створки ворот.

Створка моделируется как пластина переменной толщины, нагруженная нормальным давлением и распределенными по кром -кам изгибающими моментами Мх[Ч) <и продольными усилиями Л/х (Ч) , Л^Г( У) (рис. 4).

При определении толщины пластины приняты следующие предположения: так как жесткости створки на изгиб и на сжатие существенно отличаются, в рассмотрение вводится толщина пластины при ее работе на изгиб и при растяжении-сжатии; изгибной жесткостью диафрагм можно пренебречь; жесткость створки на изгиб определяется ее цилиндрической жесткостью в плоскости изгиба.

НДС такой пластины описывается известной системой дифференциальных уравнений в частных производных относительно функции

Рис. 4 Расчетная схема створки

,= +А

- 14 -

прогибов и функции напряжений Ф(Х, Ч)

Граничные условия на свободных кромках у-_ 2 получены из условия отсутствия усилий имеют вид:

Э2УУ

^ = 0 ; + Эх2

Эу2 ' ' Эхг ~ ' Эу-з ' ' ЭХ2ЭУ

Эх2 эхэу Граничные условия для створного и вереяльного столбов

учитывают усилие распора и распределенный по высоте изгибающий момент, обусловленный эксцентриситетом приложения нагрузок имеют вид:

ЭгФ

■о;

(3)

Эх Эу

Мх(у)-е(у) /V*; мх(у]=е(у)-/\/х(у);

= л/* + -^о-к/Ц*,

где - эксцентриситет приложенияд^'х иЛ/х (рис. 5а); с*- - угол наклона створки к оси X (рис. 56) ;

- прогиб, и - перемещение, "Ь - толщина створки

8' И 1 1 1

t 1_центр

* X е тяжести

¿л

р а

Рис. 5 Силы и перемещения, участвующие в граничных условиях

- 15 -

Решение производится методом Власова-Канторовича, согласно которому неизвестные функции W и ср ищутся в виде

fei

где (_у) и fn(У) - базисные функции, удовлетворяющие условиям на свободном краю у = + .

После применения стандартной процедуры метода Ьубнова-Галер-кина к исходной системе уравнений и замены дифференциальных операторов их конечно-разностными аналогами получаем две связанные системы линейных алгебраических уравнений. Последняя задача решается по итерационной схеме, где на каждом итерационном шаге отдельно определяются функции прогибов и напряжений.

Описанный алгоритм решения был реализован в виде пакета прикладных программ на языке Паскаль для ЭВМ,позволяющий рассчитать общее напряженное состояние конструкции под действием гидростатического давления с учетом нерегулярности створения.

Произведен анализ расчета и сопоставление результатов расчета общего НДС конструкции с результатами экспериментов на тензо-метрической модели.

Также в этой главе произведен расчет местного изгиба панели обшивки. Панель обшивки рассматривается как прямоугольная пластина, защемленная по четырем сторонам и нагруженная нормальным давлением и продольной силой, действующей в серединной поверхности. Решена задача определения напряжений и деформаций в такой пластине. Отмечено, что при начальном сжимающем напряжении больше 100 Щ и отношении начальной погиби к толщине пластины более 0,3 влия -ние этих параметров на напряженное состояние панели обшивки становится существенным, напряжение возрастает на 18% и более.

Разработана программа расчета для ЭВМ напряжений и деформаций в панели обшивки с учетом начальной погиби и сил в средин-

ной поверхности.

Четвертая глава посвящена долговечности сварных узлов в условиях двухосного напряженного состояния.

В результате испытаний тензометрической модели шлюзовых ворот и натуральной конструкции было выявлено, что в створке при гидростатическом давлении реализуется двухосное напряженное состояние. При этом в наиболее нагруженных точках расчетное напряжение превосходит упругие пределы.

Так как экспериментальный материал о долговечности сварных узлов при двухосном напряженном состоянии практически отсутствует, возникла необходимость в лабораторных условиях реализовать двухосное напряженное состояние наиболее нагруженных узлов в условиях малоциклового переменного нагружения.

В целях получения достоверных результатов испытывались натурные наиболее нагруженные узлы трех типов (рис.6), для которых является наличие высокого уровня номинальных деформаций от эксплуатационных нагрузок, а также зон концентрации напряжений в виде сварных соединений.

Образцы типа I (рис.6 а) представляли фрагмент сопряжения, "пояс ригеля - стенка ригеля - стенка диафрагмы - пояс диафрагмы? Образцы типа П (рис.66) - фрагмент сопряжения обшивки со стенкой ригеля. Образцы типа Ш (рис.бв) - стыковое соединение листов обшивки разных толщин.

Материал узлов - сталь 09Г2С, признанная перспективной для сооружений шлюзовых ворот; толщина листа обшивки, поясов риге -лей и диафрагм составляла 8 = 20*10~3м, для стенок ригеля и диафрагм 8 = 12-Ю"3 м.

Для реализации двухосного нагружения применялись две схемы нагружения.

В первой схеме необходимое напряженное состояние создается

а)

б)

б)

Рис. 6. Образцы для испытаний по схеме двухосного изгиба

путем изгиба образца сжимающими силами Р/2 в одной плоскости и реакциями опор, равными Р/2, в другой плоскости (рис.ба, 66). По этой схеме были испытаны образцы типов I и П. При этом вследствие большой изгибной жесткости образца возникла необходимость прикладывать большую сжимающую силу (до 1350 кН), что приводило к действию в испытуемых сечениях перерезывающих сил, значительно превышающих эксплуатационные. Для оценки влияния перерезывающих сил на результаты экспериментов было спроектировано и изготовлено устройство, при помощи которого двухосное напряженное состояние образца не сопровождается его изгибом (рис. 7).

В этом случае необходимое напряженное состояние создается путем деформирования двух пар упругих полуколец между которыми закреплен образец. Напряженное состояние образца регулировалось величиной силы и размерами образца. По этой схеме были испытаны образцы типов I, П и Ш.

Рис. 7. Безызгибная схема реализации

двухосного напряженного состояния

Регистрация номинальных деформаций осуществлялась путем тен-зометрирования. При отказах тензорезисторов, т.к. они не рассчитана на работу при действии циклических нагрузок, текущий контроль деформации производился при помощи механических рычажных тензо -метров. Нагружение осуществлялось на испытательном прессе ПММ-250, модернизируемом для циклических испытаний. Частота нагпужения составляла 3...6 циклов в минуту при отнулевом трапецеидальном цикле.

Приведены параметры номинального деформированного состояния, количество циклов до появления трещин, а также краткая характе -ристика и анализ мест разрушения.

Произведен анализ существующих методик расчета долговечности конструкций при циклических нагружениях за пределами упругости.

Для исследования малоцикловой усталости сварных соединений в условиях двухосного напряженного состояния выбран подход, аналогичный разработанному в работах Биргера И.А., Махутова H.A., Муханова К.К., Ларионова В.В., Якубовского В.В. и др.

Суть этого подхода состоит в том, что кривая малоцикловой усталости (КМУ) в координатах Z(\ Ы- £п-6* (л/ - количество циклов до разрушения, <5* =В £с - напряжение циклического нагружения; £ - модуль упругости, Ci - интенсивность полной деформации) представляется в виде двухзвенной ломанной. Левая ветвь КМУ соответствует области квазистатического разрушения, ппавая -область усталостного разрушения.

КМУ (рис. 8) строились по результатам обработки экспериментального материала.

Из рис. 7 следует, что до 2000, 12000, 20000 циклов разрушение образцов соответственно I, П и Ш типов происходит при практически постоянной интенсивности деформаций

2,^75 • Ю-3 (6*=: 515 МП а ).

оо

00

00

'.00-

ю

<Э*глп а

о <->

о - (I тип)

• - (П тип)

х - (Ш тип)

д - (I тип)

А - (П тип) ]

) • - непровар

испытание по схеме двухосного изгиба

испытание по безызгибной схеме

N

ю

10

ю

10

10

Рис. 8 . Кривые малоцикловой усталости

Этому участку КМУ соответствует область квазистатического разрушения, которая для реальных конструкций, как правило не реализуется, т.к. номинальные напряжения в этом случае значительно превышают предел текучести. Правая ветвь КМУ (область усталостного разрушения) аппроксимируются зависимостью

А/ <

в*=515(>Ш° )т.

Ы ' <

Л/> 2000

Л/>, 12000 20000

I тип; П тип; Ш тип,

где т = 0,18 - показатель степени, соответствующий тангенсу

угла наклона КМУ в логарифмических координатах.

Формулы (5) позволяют определить величину допускаемого условного напряжения интенсивности деформации €1 )по заданному числу циклов до разрушения N , и наоборот, исходя из заданной величины интенсивности деформации, определить долговечность уапа.

Проведенная оценка ресурса высоконагруженных узлов конструкции ворот шлюза произведена по фактическим характеристикам сопротивления усталостному нагружению материала ворот. В расчете не учитывалось влияние непроваров и других подобных технологических дефектов на долговечность ворот. Для учета возможного снижения эксплуатационной долговечности вводятся запасы прочности по долговечности и по напряжениям по существующим нормам расчета на ыаяоцикловую усталость.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации, являющейся законченной научно-исследовательской работой изложены научно обоснованные разработки, направленные на решение актуальной задачи гидротехнического строительства - повышение долговечности конструкций шлюзовых ворот путем создания более точной методики расчета.

Основные результаты работы заключаются в следующем

I. На основании результатов экспериментальных исследований на тензометрической модели и натурной конструкции установлено, что наибольший уровень нагруженности створок соответствует работе шлюзовых ворот в режиме гидростатического напора и существующее в этом случае напряженно-деформированное состояние является двухосным. Нерегулярность створения (наличие начальных неравномерных по высоте зазоров между опорными поверхностями в створе и верее) приводит к существенному догружению конструкции.Совпа-

- 22 -

дение обнаруженных зон высокой напряженности створки и мест,где в эксплуатации наблюдаются трещины, указывает на необходимость расчета этих узлов на долговечность.

2. Результаты натурных исследований на Чебоксарском шлюзе дают основание сделать вывод, температурные напряжения являются малыми(не превышают 20 Ша)и догружают верхнюю, менее нагруженную, часть створки. Также установлено, что на данном шлюзе явление двухчастотного нагружения (вследствие фильтрации воды через уплотнение) отсутствует.

3. Разработана и реализована в виде пакета прикладных программ для ЭВМ математическая модель створки, позволяющая рассчитывать общее напряженное состояние конструкции под действием гидростатического давления с учетом нерегулярности створения типа клиновидный зазор, выпадение опор, наличие инородного тела в створе. Результаты расчета и экспериментов на натурной конструкции и модели находятся в удовлетворительном соответствии, различие не превышает 20%.

4. Разработана программа расчета напряжений и деформаций в панели обшивки с учетом начальной погиби и сил в срединной поверхности. Указаны параметры, при которых влияние начальной погиби

и сил в срединной поверхности становится существенными для напряженного состояния панели обшивки.

5. Для трех типов сварных узлов, характерных для конструк -ции створки (сталь 09Г2С) получены кривые малоцикловой усталости в условиях двухосного нагружения, позволяющей определить долговечность узла по величине интенсивности номинальной деформации, и, наоборот, исходя из заданного срока службы, определить допустимый уровень номинальной нагруженности.

6. Результаты проведенных исследований и разработанная методика и программа ее реализации на ЭВМ нашли применение в расчете НДС шлюзовых ворот при различных режимах эксплуатационных

нагрузок, а также в расчете на долговечность сварных узлов конструкций ворот.

Основные положения диссертации опубликованы в.работах.

1.Гавриш B.C., Химин D.H. и др.Малоцикловое нагружение на мощных испытательных процесспх//Заводская лаборатория. -19о6.- НО. -С.83 -Ш

2. Колесник И.Л., Химин В.Н.и др.Напряженно-деформированное состояние шлюэогых ворот/Запорож.индустр.ин-т.-Запорожье,1987.-Ile. -Деп. в УкрШШНТИ 19.10.87, JÎ2929 - Ук. 37.

3. Гавриш В.С.,Мищик B.C..Химии В.Н.Тензометрическая модель шлюзовых ворот / Запорож.индустр.ин-т.-Запорожье, 1968.-9с. -Деп.

в Укр.НИИНТИ 23.06.08, №1610 - Ук.08.

4. Гавриш B.C., Простак В.Ф., Химин В.Н.Исследование напряженно-деформированного состояния шлюзовых ворот на тензометрическоП модели // Гидротехническое строительство.-1908.-№2.-С.32-35.

5. A.C.I5802I9 СССР, МНИ G 01 H З/ОВ. Способ испытания плоского образца при двухосном нагружении / Гавриш B.C., Заяц В.И., Химин В.Н. - Опубл. 23.07.90. Бюл. »27.

6. Химин В.Н.,Гавриш B.C.«Колесник И.А. Исследование малоцикловой прочности узлов шлюзовых горст в условиях двухосного напряженного состояния // Тезисы докл. I Всесоюзн.конф. по прочности несущих конструкций.-Запорожье, ЗИП.-I991.-С.324 - 327.

7. Химин B.Ii. Исследование металлоконструкций двустворчатых ворот Чебоксарского шлюза / Запоров.индустр.ин-т.-Запорожье, I99I.-I7c. -Деп. в Укр.НИШПИ 21.05.91, ?г760 - Ук.91.

8. Химин D.H. Определение перемещений створки шлюзовых ворот под действием гидростатического няпора на тензометрическо!* модели /Зягюрож.индустр.ин-т.-Запорожье,1938.-11с.-Деп.п Укр.НИШТИ 23.06.08, И606 - Ук. 83.

Личный вклад в работах, написанные в соавторство. Экспериментальное и теоретическое определение наирлжепно-де-формированного состояния створки шлюзовых ворот. Исследование малоцикловой прочности узлов в условиях двухосного напряженного сос толния /1-'1,С,7,6/; идея и экспериментальное обоснование способа испытаний мбразца np;i двухосном нагружении /5/.

SUHMARY

Khimin V.M . Stress-deformed state of lock's -gate.

The thesis manyscript for corapetiton for the candidate of technical scinces degree on speciality 05.02.09 - dynamics , durability of machines, devices and apparatus'. Ukrainian State Mining Academy .Dnepropetrovsk , 1996.

Stressed -deformed state of lock's-gate was investigated in varies maintenance leading modes . Curves of metal fatigue for welded units in the couditions of dual axle loading are obtained. Lock's gate metal structure technique has been developed, metal fatigue being taken into consideration. Seven, scientific papers and one author's certificate are presented. The papers contain theoretical and experimental researches on stress-deformed of state lock's gate.

АШТАЦ1Я

ximih b.m. Напрукено-деформованкй стан шлезових EopiT .

FyKcirac дксертзцИ' на пошук вчекого ступени кандидата тех-Hi'iHKX наук за спе1иальн1стю 05.02.09 - динзм1кз, MiimicTb машин, прилад1з i апарзтури. ДертаЕна гхрккча академ1я Украгнк, Дн1лроп8троЕськ, 19Э6.

ДОСЛ1ДЗК8НО Напру:£8Н0-Д8ф0рМ0Е2Ш1Й стен шлюзоеих bopit за piEHTCX. pesraiiE експлуатацШшх нзвантзхень. Одержано KpiiEi мало-цжлоео! etowjreeocti для зезрких 3j'3j;ie е умоеех десе1стюго на-вантаження. р'езроблеко методику розрахужу пшззоеих EopiT з ура-хуезнням мздоцккдово1 etomjiehqcri. Результата таерэтичжх та експержентальних дос-^дхень прздстаЕлен1 у 7 наукоЕих роботах i одному авторськсму CBi£OUTEi на

loucioei слова : илюзое! ворота, тенземетричнз модель, на-пруга, дефор^.ац!?., температура, звзрн! з'^днанпя, доегое1'п:1сть.

Хкыин Владимир Никитович . . .

НАПРЯЖЕННО ДЕВОНШРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ ШЛЮЗОВЫХ ВОРОТ