Розробка методик проєктувального та перевірочного розрахунків балки-стінки зі зламом кромок при статичному та циклічному навантаженні

Автор(и)

  • Валерій Миколайович Соков Національний університет кораблебудування імені адмірала Макарова, Україна https://orcid.org/0000-0003-3933-879X
  • Леонтій Іванович Коростильов Національний університет кораблебудування імені адмірала Макарова, Україна https://orcid.org/0000-0002-4370-3270
  • Олександр Віктрович Щедролосєв Національний університет кораблебудування імені адмірала Макарова, Україна https://orcid.org/0000-0001-7972-3882
  • Григорій Васильович Шарун Національний університет кораблебудування імені адмірала Макарова, Україна https://orcid.org/0000-0002-4646-1406
  • Сергій Юрійович Клименков Національний університет кораблебудування імені адмірала Макарова, Україна https://orcid.org/0000-0001-9717-5816

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.289986

Ключові слова:

балка-стінка, злам кромок, оптимальне проєктування, малоциклова втомна довговічність, циклічні пружно-пластичні деформації

Анотація

Досліджується тонкостінна стальна балка-стінка зі зламом кромок, яка входить до складу багатьох конструкцій. Стінка цієї балки складається з двох призматичних частин з прямолінійним переходом від меншої висоти стінки до більшої, утворюючи разом з кромками призматичних частин ламану верхню кромку. Нижньою прямолінійною кромкою стінка кріпиться до обшивки.

Балка-стінка зазнає впливу статичних та циклічних номінальних навантажень, які можуть спричинювати появу пружно-пластичних деформацій в концентраторі напружень. Це спричинює невиконання статичної міцності та виникненню і росту втомних тріщин.

В представленій роботі запропоновані методики проєктувального та перевірочного розрахунку сталевої балки-стінки зі зламом кромок при пружному статичному та циклічному пружно-пластичному деформуванні в концентраторі напружень. Матеріал балки ідеальний пружно-пластичний.

Особливостями методик є можливість оптимального проєктування в умовах пружного та пружно-пластичного деформування, використовуючи залежності тільки для оптимального пружного проєктування. Відмінною рисою методик є те, що через формулу Нейбера визначаються не пружно-пластичні характеристики за відомими пружними, як зазвичай, а навпаки. За розробленими залежностями для циклічних пружно-пластичних деформацій в концентраторі визначається теоретичний коефіцієнт концентрації, який, в свою чергу, задіяний у визначенні оптимальних геометричних параметрах.

Методики дають надійні результати при номінальних симетричних циклічних навантаженнях до 0,6 від границі плинності. Це пояснюється тим, що формула Нейбера дає завжди консервативні результати, спричинюючи надлишкову міцність.

Методики можуть бути застосовані окремо для розтягу-стиску і згину, і при їх сумісній дії

Біографії авторів

Валерій Миколайович Соков, Національний університет кораблебудування імені адмірала Макарова

Старший викладач

Кафедра будівельної механіки та конструкції корпусу корабля

Леонтій Іванович Коростильов, Національний університет кораблебудування імені адмірала Макарова

Доктор технічних наук, професор

Кафедра будівельної механіки та конструкції корпусу корабля

Олександр Віктрович Щедролосєв, Національний університет кораблебудування імені адмірала Макарова

Доктор технічних наук, професор

Кафедра суднобудування та ремонту суден

Григорій Васильович Шарун, Національний університет кораблебудування імені адмірала Макарова

Старший викладач

Кафедра будівельної механіки та конструкції корпусу корабля

Сергій Юрійович Клименков, Національний університет кораблебудування імені адмірала Макарова

Старший викладач

Кафедра будівельної механіки та конструкції корпусу корабля

Посилання

  1. Sokov, V. M. (2021). Elastic-plastic deformation of beam’s web with brek of edges. Scientific Notes of Taurida National V.I. Vernadsky University. Series: Technical Sciences, 4, 13–23. doi: https://doi.org/10.32838/2663-5941/2021.4/03
  2. Sokov, V. M. (2022). Cyclic elastic-plastic deformation in the stress raiser of the beam-web with bend of edges. Materialy XIII mizhnar. nauk.-tekhn. konf. "Innovatsiyi v sudobuduvanni ta okeanotekhnitsi". Mykolaiv: NUK, С. 75–77. Available at: https://eir.nuos.edu.ua/items/c7eba9af-2b54-4d1f-89d0-f0b013af162a
  3. Rozvany, G. I. N. (1976). Optimal Design of Flexural Systems: Beams, Grillages, Slabs, Plates and Shells. Pergamon. doi: https://doi.org/10.1016/c2013-0-02754-5
  4. Banichuk, N. V. (1983). Problems and Methods of Optimal Structural Design. Springer, 313. doi: https://doi.org/10.1007/978-1-4613-3676-1
  5. Haftka, R. T., Gürdal, Z. (1992). Elements of Structural Optimization. Springer, 481. doi: https://doi.org/10.1007/978-94-011-2550-5
  6. MacBain, K. M., Spillers, W. R. (2009). Structural Optimization. Springer, 304. doi: https://doi.org/10.1007/978-0-387-95865-1
  7. Kaveh, A. (2014). Advances in Metaheuristic Algorithms for Optimal Design of Structures. Springer, 426. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-319-05549-7
  8. El-Sayed, M. E. M., Lund, E. H. (1990). Structural optimization with fatigue life constraints. Engineering Fracture Mechanics, 37 (6), 1149–1156. doi: https://doi.org/10.1016/0013-7944(90)90057-n
  9. Peng, D., Jones, R., Pitt, S. (2008). Three-dimensional structure optimal design for extending fatigue life by using biological algorithm. Theoretical and Applied Fracture Mechanics, 49 (1), 26–37. doi: https://doi.org/10.1016/j.tafmec.2007.10.005
  10. Holmberg, E., Torstenfelt, B., Klarbring, A. (2014). Fatigue constrained topology optimization. Structural and Multidisciplinary Optimization, 50 (2), 207–219. doi: https://doi.org/10.1007/s00158-014-1054-6
  11. Desmorat, B., Desmorat, R. (2008). Topology optimization in damage governed low cycle fatigue. Comptes Rendus Mécanique, 336 (5), 448–453. doi: https://doi.org/10.1016/j.crme.2008.01.001
  12. Cao, M., Duan, H., He, H., Liu, Y., Yue, S., Zhang, Z., Zhao, Y. (2022). Prediction model of low cycle fatigue life of 304 stainless steel based on genetic algorithm optimized BP neural network. Materials Research Express, 9 (7), 076511. doi: https://doi.org/10.1088/2053-1591/ac7cc0
  13. Sokov, V. M., Korostylov, L. I. (2010). Proektirovanie konstruktivnogo uzla korpusa sudna s uchetom tekhnologicheskikh faktorov. Zbirnyk naukovykh prats NUK, 5 (434), 3–10.
  14. Korostylev, L. I. (1998). Otsenka ustalostnoy prochnosti sudovykh korpusnykh konstruktsiy s kontsentratorami napryazheniy. Tr. vtoroy mezhdunar. konf. po sudostroeniyu. ISC’98. Sektsiya S. Sankt-Peterburg: TsNII im. Akad. A.N. Krylova, 160–167.
  15. Korostylev, L. I. (1998). Prakticheskaya realizatsiya eksperimental'no-teoreticheskogo metoda raschetnoy otsenki ustalostnoy dolgovechnosti sudovykh konstruktsiy. Zbirnyk naukovykh prats Ukrainskoho derzhavnoho morskoho tekhnichnoho universytetu. Nikolaev, 3 (351), 3–9.
  16. Troschenko, V. T. (2006). Scattered fatigue damage of metals and alloys. Part 3. Deformationand energy-based criteria. Problemy prochnosti, 1, 5–31. Available at: http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/47788
  17. Makhutov, N. A. (1981). Deformatsionnye kriterii razrusheniya i raschet elementov konstruktsiy na prochnost'. Moscow: Mashinostroenie, 272.
Розробка методик проєктувального та перевірочного розрахунків балки-стінки зі зламом кромок при статичному та циклічному навантаженні

##submission.downloads##

Опубліковано

2023-10-31

Як цитувати

Соков, В. М., Коростильов, Л. І., Щедролосєв, О. В., Шарун, Г. В., & Клименков, С. Ю. (2023). Розробка методик проєктувального та перевірочного розрахунків балки-стінки зі зламом кромок при статичному та циклічному навантаженні. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5(7 (125), 23–33. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.289986

Номер

Том 5 № 7 (125) (2023): Прикладна механіка

Розділ

Прикладна механіка

Ліцензія

Авторське право (c) 2023 Valerii Sokov, Leontii Korostylov, Oleksandr Shchedrolosiev, Hryhorii Sharun, Serhii Klymenkov

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.