Оценка технического состояния металлических конструкций на основе компьютерного моделирования

Цель – установление причин разрушения конструкций с помощью компьютерного моделирования на основе исследования их напряженно-деформированного состояния. Исходными данными для компьютерного моделирования являлись фотоматериалы с места происшествия, конструкторская документация, технические характеристики автомобиля (нагруженного пиломатериалами) и гидроножниц. Использовались программные комплексы APM WinMachine, NX и Autodesk Inventor. В качестве основного метода для исследований был выбран метод конечных элементов в перемещениях. Рассматривались различные версии появления трещины, были разработаны компьютерные модели и проведен инженерный анализ конструкции рамы автомобиля. С помощью компьютерного моделирования также была установлена наиболее вероятная причина разрушения верхней части гидроножниц – превышение критического (345 МПа – предел текучести стали 09Г2С) для данного материала уровня напряжений. Исследуемые конструкции отличались сложностью геометрии и разнообразием действующих на них нагрузок. При их моделировании были учтены сварные швы. В программных комплексах на основе метода конечных элементов были построены геометрические модели конструкций, включая сварные швы, на основе которых были сформированы и исследованы конечноэлементные модели конструкций. В результате проведенных расчетов напряженного состояния гидроножниц было определено максимальное значение напряжения (391 МПа), значительно превышающее предел текучести, а также локализация напряжений для разных случаев нагружения конструкции. Анализ результатов расчетов прочности и жесткости конструкций в используемых программных комплексах для всех моделей, разработанных для проверки рассматриваемых гипотез, позволил указать наиболее вероятные причины их разрушения. Разработанная методика, компьютерные модели и результаты проведенных исследований могут быть использованы при инженерно-технической экспертизе различных технических объектов.

1. Щербаков А.П., Иванов Д.В. Особенности проведения судебных инженерно-технических экспертиз при исслесдовании сварных соединений рабочего органа ножа автогрейдера: монография. СПб.: СПбГАСУ, 2022. 292 с. EDN: HOSQMO.

2. Шавлюга А.А., Таратанов Н.А., Карасев Е.В., Калашников Д.В. Применение программных комплексов для установления обстоятельств пожара // Технологии техносферной безопасности. 2017. № 3. С. 78–85. EDN: YOCMWV.

3. Parmar R.S. Welding engineering and technology. Yayımcı: Khanna Publishers, 2010. 1374 р.

4. Polakowski N.H., Ripling F.J. Strength and structure of engineering materials. New Jersey: Prentice-Hall, 1966. 535 р.

5. Repetskiy O., Ryzhikov I., Lutaenko N., Latin A. Vibration of mistimed bladed discs // Futures in Mechanics of Structures and Materials: Proceedings of the 20th Australasian Conference on the Mechanics of Structures and Materials (Toowoomba, 2–5 December 2008). Toowoomba: QLD, 2008. P. 719–722. EDN: MWCKFW.

6. Maksimow V., Petukhow E., Jankovic D. Determination of semitrailers supporting units loading with pliancy elastic suspension brackets elements calculations // XV Conference Science and motor vehicles (Belgrad, 15–18 May 1995). Belgrad, 1995. P. 141–143.

7. Барышников Ю.Н. Расчет нагрузок на несущую систему транспортных средств // Инженерный журнал: наука и инновации. 2013. № 12. С. 11. EDN: RSGRZL.

8. Пыхалов А.А., Милов А.Е. Контактная задача статистического и динамического анализа сборочных роторов турбомашин: монография. Иркутск: ИрГТУ, 2007. 190 с. EDN: OWXBOJ.

9. Антипин С.А., Пыхалов А.А., Пашков А.А. Определение параметров искажений форм геометрии маложестких крупногабаритных деталей с учетом влияния на них силы собственного веса и условий закрепления // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2024. Т. 20. № 3. С. 175–184. https://doi.org/10.36622/1729-6501.2024.20.3.027. EDN: EHKUER.

10. Барышников Ю.Н. Проблемы создания математических моделей для расчета несущих систем карьерных самосвалов // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. 2011. № 4-2. С. 54–56. EDN: QLILIF.

11. Бусел Б.У. Категории карьерных дорог // Автомобильная промышленность. 2003. № 2. С. 17–19.

12. Еременко С.Ю. Методы конечных элементов в механике деформируемых тел: монография. Харьков: Основа, 1991. 272 с.

13. Зенкевич О.С. Метод конечных элементов в технике / пер. с англ.; под ред. Б.Е. Победри. М.: Мир, 1975. 541 с.

14. Испеньков С.А., Ракицкий А.А. Моделирование динамического поведения карьерных самосвалов особо большой грузоподъемности в среде ANSYS // Теоретическая и прикладная механика: международный научно-технический сборник. Минск: БНТУ, 2010. Вып. 25. С. 295–300.

15. Мариев П.Л., Кулешов А.А., Егоров А.Н., Зырянов И.В. Карьерный автотранспорт стран СНГ в XXI веке. СПб.: Наука, 2006. 387 с.

16. Мазурин А. SCAN: от проектирования до компьютерного анализа и стендовых испытаний // САПР и графика. 2001. № 6. С. 23–24.

17. Repetskiy O., Ryzhikov I., Schmidt R. Investigations of impact of various types of mistuning on bladed disks vibration and fatigue life // 8th Iftomm International Conference on Rotor Dynamics 2010 (Seoul, 12 September – 15 October, 2010). Seoul: Curran Associates, 2012. Vol. 1. Р. 603. EDN: XHWKXE.

18. Шермухамедов А.А., Усманов И.И., Салимджанов Р.Т., Тогаев А.А. Методы расчета и испытания автотракторных прицепов отечественного производства: монография. Ташкент: ТАДИ, 2012. 132 с.

19. Щербак О.В., Бойко С.И., Дибров Е.И., Гуменюк И.А. Оценка прочности несущих систем спецтехники, созданных на базе автомобильных шасси // Вестник Харьковского национального автомобильно-дорожного университета. 2014. Вып. 65-66. С. 135–138.

20. Яценко Н.Н. Форсированные полигонные испытания грузовых автомобилей. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1984. 328 с.

21. Лагерев И.А. Методика моделирования эксплуатационной нагруженности металлоконструкции мостового крана // Наука и производство 2009: матер. Междунар. науч.-практ. конф. (г. Брянск, 19–20 марта 2009 г.). Брянск: БГТУ, 2009. С. 312–314.

22. Щербаков А.П., Пушкарев А.Е., Манвелова Н.Е. Рабочие механизмы строительных машин и способы технологического обеспечения прочности сварных соединений из высокопрочных сталей // Недвижимость: экономика, управление. 2020. № 1. С. 63–68. EDN: ECRNJH.

23. Щербаков А.П., Пушкарев А.Е., Манвелова Н.Е. Оценка напряженно-деформированного состояния в зоне сварного соединения для рамы автопогрузчика // Известия Московского государственного технического университета «МАМИ». 2020. № 2. С. 93–101. https://doi.org/10.31992/2074-0530-2020-44-2-93-101. EDN: LNNLPK.

24. Щербаков А.П., Пушкарев А.Е., Максимов С.Е. Замена материала рабочего органа как путь повышения надежности дорожно-строительных машин // Вестник Сибирского государственного автомобильно-дорожного университета. 2021. Т. 18. № 6. С. 646–661. https://doi.org/10.26518/2071-7296-2021-18-6-646-661. EDN: JSBBJP.

25. Scherbakov A., Babanina A., Breskich V., Klyovan V. The impact of external influences on the characteristics of metals of welded structures of construction machines // Interagromash 2021: Proceedings 14th International Scientific Conference. Rostov-on-Don: Springer, 2022. Vol. 247. P. 973–982. https://doi.org/10.1007/978-3-030-80946-1_88. EDN: NHTRFA.

26. Еловенко Д.А., Репецкий О.В. Анализ напряженного состояния упругой полуплоскости, нагруженной постоянным давлением на ограниченных промежуточных участках с заданным периодом, методом конечных элементов на базе программного комплекса MSC.MARC // Известия Иркутской государственной экономической академии. 2011. № 5. С. 171–175. EDN: OIGIKD.

27. Repetskii O.V. Use of the FEM to solve the thermoelasticity problem of turbine blades // Strength of Materials. 1990. Vol. 22. No. 12. P. 1848–1854. https://doi.org/10.1007/BF00769137. EDN: XOJDLQ.