Необходимость расчета элементов стальных конструкций согласно EN 1993–1-9 | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 15 августа, печатный экземпляр отправим 2 сентября.

Опубликовать статью в журнале

Авторы: ,

Рубрика: Архитектура, дизайн и строительство

Опубликовано в Молодой учёный №10 (300) март 2020 г.

Дата публикации: 03.03.2020

Статья просмотрена: 17 раз

Библиографическое описание:

Ермакова, А. А. Необходимость расчета элементов стальных конструкций согласно EN 1993–1-9 / А. А. Ермакова, И. И. Уразов. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2020. — № 10 (300). — С. 120-123. — URL: https://moluch.ru/archive/300/67841/ (дата обращения: 07.08.2020).



В статье авторы пытаются определить необходимость расчета элементов стальных конструкций согласно EN 1993–1-9.

Ключевые слова: сопротивление усталости, EN 1993–1-9, напряжения, цикл нагружения.

Природа усталости

Материалы, находящиеся под воздействием циклических переменных нагрузок, со временем изменяют свои механические свойства. Высокий процент разрушений элементов конструкций происходит из-за усталости (ошибок на стадии проектирования или производства).

Согласно [1], на определённой стадии нагружения материала циклическими переменными нагрузками начинаются необратимые явления снижения сопротивления материала разрушению, характеризуемые как усталостное повреждение. Сначала в структурных составляющих материала и по границам их сопряжения образуются микротрещины, которые на дальнейших стадиях перерастают в макротрещины либо приводят к окончательному разрушению элемента конструкции или образца для механических испытаний.

Кривые усталости

Наиболее распространенной формой представления данных об усталости является кривая S-N (кривая Велера), где диапазон циклических напряжений (S) изображен в зависимости от количества циклов до отказа (N). Кривая усталости (кривая S-N) в логарифмических (lgS, lgN) координатах представлена на Рис. 1 [2, Рисунок 11.9].

C:\Users\ermak\Desktop\менеджмент\Снимок3.PNG

Рис. 1. Основные параметры цикла нагружения

S-N кривые получают путем лабораторных испытаний образцов. Согласно [3], наиболее часто используемыми схемами нагружения при испытаниях на усталость являются консольный изгиб с вращением, чистый изгиб с вращением и осевое пульсирующее растяжение или растяжение-сжатие, а наиболее распространенный цикл нагружения — синусоидальный (коэффициент ассиметрии цикла ).

Сопротивление усталости стальных конструкций

Проведем оценку усталостной прочности в соответствии с EN 1993–1-9 [4]. Для проверки усталостной прочности необходимо сравнить размахи напряжений цикла с пределами выносливости.

Сопротивление усталости обеспечено, если выполняются условия:

и [4, Формула (8.2)]

[4, Формула (8.3)]

Где:

; — эквивалентный размах напряжений цикла постоянной амплитуды на базе 2 млн. циклов, Н/мм2;

; — допускаемое значение предела выносливости при 2 млн. () циклах, Н/мм2;

— частный коэффициент безопасности для эквивалентных размахов напряжений циклов постоянной амплитуды (принимаем равным 1.35 согласно EN 1993–1-9 [4, Таблица 3.1] в запас как для больших последствий разрушения при методе оценки безопасного ресурса);

— частный коэффициент безопасности для предела выносливости ; (принимаем для подкрановых путей в соответствии с EN 1993–6 [4, п. 9.2.(1)].

Категория проверяемых элементов определяется в соответствии с EN 1993–1-9 [4] и обозначается числом, равным значению предела выносливости и , Н/мм2, определенному на базе 2 млн. циклов нагружения [4, п. 6.1(1)].

Пределы выносливости в зависимости от категории элементов и количества циклов определяются по кривым, представленным на Рис. 2 [4, п. 7.1(2)]:

7_1

Рис. 2. Пределы выносливости соответственно нормальных и касательных напряжений , , Н/мм2 [4]

Когда число циклов при постоянном размахе напряжений цикла

(см. Рис. 2), пределы выносливости имеют наиболее высокие значения.

Предел выносливости нормальных напряжений [4, п. 7.1(2)]:

При количестве циклов предел выносливости принимается равным пределу выносливости постоянной амплитуды [4, п. 7.1(2)]:

Предел выносливости касательных напряжений [4, п. 7.1(2)]:

При количестве циклов (до предела повреждаемости) значения пределов выносливости становятся ниже.

Предел выносливости нормальных напряжений [4, п. 7.1(2)]:

При количестве циклов предел выносливости определяется как предел повреждаемости [4, п. 7.1(2)]:

Предел выносливости касательных напряжений определяется так же, как и при количестве циклов (см. выше).

При количестве циклов предел выносливости определяется как предел повреждаемости [4, п. 7.1(2)]:

При количестве циклов и до ∞ значения пределов выносливости не зависят от количества циклов, определяются как пределы повреждаемости элементов и имеют самые минимальные значения.

Предел выносливости нормальных напряжений (см. Рис. 2):

Предел выносливости касательных напряжений (см. Рис. 2):

Определение расчетной долговечности

В конструкциях, удовлетворяющих условиям прочности, размах нормальных напряжений не может быть больше предела текучести , а размах касательных напряжений не может быть выше .

Примем эти значения для стали S355 как наибольшие возможные размахи напряжений, то есть: , .

Для того, чтобы сопротивление усталости было обеспечено, должны выполняться условия [4, Формула (8.2), Формула (8.3)], см. выше.

Для определения минимального числа циклов примем ;

, следовательно, условия [4, Формула (8.2), Формула (8.3)] примут вид:

и

При принятых выше коэффициентах ; и максимально возможных размахах напряжений, пределы выносливости должны быть выше:

Поскольку при малом количестве циклов

, а (см. выше):

;

Для обеспечения таких пределов выносливости, количество циклов не должно быть больше:

;

Для самой низкой категории элементов , следовательно:

;

Сопротивление усталости обеспечено при очень малом количестве циклов нагружения . Следовательно, проверку по условиям

[4, Формула (8.2), Формула (8.3)] необходимо производить в большинстве случаев.

Литература:

1. С. В. Серенсен. Значение УСТАЛОСТЬ МАТЕРИАЛОВ в Большой советской энциклопедии, БСЭ [Электронный ресурс] // Slovar.cc: cловари, энциклопедии и справочники, 2010–2020. URL: https://slovar.cc/enc/bse/2052262.html (дата обращения: 01.03.2020)

2. Steel designers’ manual / the Steel Construction Institute; edited by Buick Davison, Graham W. Owens. 7th ed. — UK, 2012.

3. Терентьев В. Ф., Кораблева С. А. Усталость металлов. М.: Наука, 2015. 479 с.

4. ТКП EN 1993–1-9–2009 Еврокод 3. Проектирование стальных конструкций. Часть 1–9. Усталостная прочность / Министерство архитектуры и строительства Республики Беларусь — Минск, 2010.

5. ТКП EN 1993–6-2009 Еврокод 3. Проектирование стальных конструкций. Часть 6. Подкрановые пути / Министерство архитектуры и строительства Республики Беларусь — Минск, 2010.

Основные термины (генерируются автоматически): предел выносливости, s-n, цикл, сопротивление усталости, Формула, предел выносливости касательных напряжений, значение пределов выносливости, частный коэффициент безопасности, возможный размах напряжений, усталостная прочность.


Ключевые слова

напряжения, сопротивление усталости, EN 1993–1-9, цикл нагружения

Похожие статьи

Критерии оценки многоцикловой механической выносливости при...

Формула наибольшего касательного напряжения при объемном напряженном состоянии

Но в коэффициентах a и b учитывается напряжение при пульсирующем цикле, значение

Экспериментальная база предела выносливости при пульсирующем цикле отсутствует, а...

Расчет на усталость винта с упорной резьбой в программной...

В статье представлено исследование усталостных характеристик материала винта с упорной

Кривая усталости построена на основании S-N метода.

Распределение касательных напряжений txy: эпюры имеют максимальные значения в верхней части вертикальных сечений.

Исследование влияния параметров упрочнения на циклическую...

Экспериментальная база предела выносливости при пульсирующем цикле отсутствует, а определить. Рис. 2 Направление главных напряжений на свободной поверхности. Методы расчета на усталость элементов авиационных конструкций при многоосном нагружении.

Влияние механической прочности и остаточных напряжений на...

где — предел хрупкой прочности данного материала, — критический интервал.

Если напряжения превысят критическое значение, то в плоскости скольжения образуются дислокации.

Критерии оценки многоцикловой механической выносливости при...

Моделирование напряженного состояния главного шатуна...

где σa — значение амплитуды цикла, σm — значение среднего напряжения цикла. K — коэффициент суммарного влияния всех факторов на усталостную прочность детали, ψ — коэффициент чувствительности материала к асимметрии цикла.

Оценка коэффициента запаса циклической прочности...

При этом оценка выносливости проводилась в соответствии с ГОСТ 25504–82.

Величина нормальных напряжений в стержне болта составляет 130 МПа, тогда усилие

Расчетные значения запасов прочности импортируются в «ANSYS», в результате получаем локальное...

Расчет прочности шатунных болтов | Статья в журнале...

Предел выносливости болта определяется по формуле

Коэффициенты запасов прочности по амплитуде nα и по максимальным напряжениям nmax определяются по формуле

Балашов Б. Ф. Повышение сопротивления усталости деталей наклепыванием.

Опыт модификации конструкции антенного сооружения

где Е – модуль Юнга; ; – предел выносливости; – поперечное сужение при разрыве; r – коэффициент ассиметрии цикла нагружения; – амплитуда пластической деформации; N – число циклов нагружения; – показатель степени, зависящий от соотношения пределов текучести и...

Методы усовершенствования конструкций | Статья в журнале...

Поверхностные сжимающие напряжения. Разрушения в большинстве случаев начинаются с поверхности, а не изнутри. Так как усталостная прочность увеличивается при наличии среднего сжимающего напряжения, то полезно преднамеренно создать такие напряжения на...

Похожие статьи

Критерии оценки многоцикловой механической выносливости при...

Формула наибольшего касательного напряжения при объемном напряженном состоянии

Но в коэффициентах a и b учитывается напряжение при пульсирующем цикле, значение

Экспериментальная база предела выносливости при пульсирующем цикле отсутствует, а...

Расчет на усталость винта с упорной резьбой в программной...

В статье представлено исследование усталостных характеристик материала винта с упорной

Кривая усталости построена на основании S-N метода.

Распределение касательных напряжений txy: эпюры имеют максимальные значения в верхней части вертикальных сечений.

Исследование влияния параметров упрочнения на циклическую...

Экспериментальная база предела выносливости при пульсирующем цикле отсутствует, а определить. Рис. 2 Направление главных напряжений на свободной поверхности. Методы расчета на усталость элементов авиационных конструкций при многоосном нагружении.

Влияние механической прочности и остаточных напряжений на...

где — предел хрупкой прочности данного материала, — критический интервал.

Если напряжения превысят критическое значение, то в плоскости скольжения образуются дислокации.

Критерии оценки многоцикловой механической выносливости при...

Моделирование напряженного состояния главного шатуна...

где σa — значение амплитуды цикла, σm — значение среднего напряжения цикла. K — коэффициент суммарного влияния всех факторов на усталостную прочность детали, ψ — коэффициент чувствительности материала к асимметрии цикла.

Оценка коэффициента запаса циклической прочности...

При этом оценка выносливости проводилась в соответствии с ГОСТ 25504–82.

Величина нормальных напряжений в стержне болта составляет 130 МПа, тогда усилие

Расчетные значения запасов прочности импортируются в «ANSYS», в результате получаем локальное...

Расчет прочности шатунных болтов | Статья в журнале...

Предел выносливости болта определяется по формуле

Коэффициенты запасов прочности по амплитуде nα и по максимальным напряжениям nmax определяются по формуле

Балашов Б. Ф. Повышение сопротивления усталости деталей наклепыванием.

Опыт модификации конструкции антенного сооружения

где Е – модуль Юнга; ; – предел выносливости; – поперечное сужение при разрыве; r – коэффициент ассиметрии цикла нагружения; – амплитуда пластической деформации; N – число циклов нагружения; – показатель степени, зависящий от соотношения пределов текучести и...

Методы усовершенствования конструкций | Статья в журнале...

Поверхностные сжимающие напряжения. Разрушения в большинстве случаев начинаются с поверхности, а не изнутри. Так как усталостная прочность увеличивается при наличии среднего сжимающего напряжения, то полезно преднамеренно создать такие напряжения на...

Задать вопрос