Расчет конструкций при сложной нагружении

Расчет конструкций при сложном нагружении [c.505]

Как следует из схемы, представленной на рис. В.1, информация о НДС является ключевой для анализа прочности и долговечности элементов конструкций. Поэтому правильность оценки работоспособности той или иной конструкции в первую очередь зависит от полноты информации о ее НДС. Аналитические методы позволяют определить НДС в основном только для тел простой формы и с несложным характером нагружения. При этом реологические уравнения деформирования материала используются в упрощенном виде [124, 195, 229]. Анализ НДС реальных конструкций со сложной геометрической формой, механической разнородностью, нагружаемых по сложному термо-силовому закону, возможен только при использовании численных методов, ориентированных на современные ЭВМ. Наибольшее распространение по решению задач о НДС элементов конструкций получили следующие численные методы метод конечных разностей (МКР) [136, 138], метод граничных элементов (МГЭ) [14, 297, 406, 407] и МКЭ [32, 34, 39, 55, 142, 154, 159, 160, 186, 187, 245]. МКР позволяет анализировать НДС конструкции при сложных нагружениях. Трудности применения МКР возникают при составлении конечно-разностных соотношений в многосвязных областях при произвольном расположении аппроксимирующих узлов. Поэтому для расчета НДС в конструкциях со сложной геометрией МКР малоприменим. В отличие от МКР МГЭ позволяет проводить анализ НДС в телах сложной формы, но, к сожалению, возможности МГЭ ограничиваются простой реологией деформирования материала (в основном упругостью) [14]. При решении МГЭ упругопластических задач вычисления становятся очень громоздкими и преимущество метода — снижение мерности задачи на единицу, — практически полностью нивелируется [14]. МКЭ лишен недостатков, присущих МКР и МГЭ он универсален по отношению к геометрии исследуемой области и реологии деформирования материала. Поэтому при создании универсальных методов расчета НДС, не ориентированных на конкретный класс конструкций или вид нагружения, МКЭ обладает несомненным преимуществом по отношению как к аналитическим, так и к альтернативным численным методам. [c.11]

РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ КОНСТРУКЦИЙ ПРИ СЛОЖНОМ НАГРУЖЕНИИ [c.541]

Предыдущие разделы посвящены изложению методов расчета, которые на основании анализа напряженного состояния позволяют оценить прочность слоистого композиционного материала при сложном нагружении и установить его способность воспринимать действующие нагрузки без разрушения. На рис. 17 приведены основные этапы анализа напряженного состояния и прочности конструкции при расчете и проектировании. Ниже рассмотрены три примера. [c.94]

Задача определения перемещений точек колец возникает при расчете колец на колебания, при расчете колец используемых в качестве гибких элементов конструкций (например, в волновых зубчатых передачах), а также при составлении уравнений совместности деформаций колец с сопряженными с ними элементами. Для определения перемещений могут быть использованы общие методы, излагаемые в курсе Сопротивление материалов . Однако при сложном нагружении кольца, а также в тех случаях, когда требуется знать перемещение в нескольких точках по окружности кольца, целесообразно использовать более эффективные методы расчета, основанные на применении дифференциального уравнения упругой линии. [c.135]

Вместе с тем при сложном термосиловом, динамическом, квазистатическом или длительном нагружениях ответственных конструкций, изготовляемых по сложному технологическому процессу, адекватный анализ НДС может быть проведен только на основании решения краевых задач, базирующихся на реологических схемах, учитывающих различные нелинейные, зависящие от истории деформирования, свойства материала (рис. В.1). Кроме того, при расчете НДС должна быть учтена сложная геометрия конструкции. Ясно, что такого рода задачи могут быть решены в основном численными методами, наибольшей универсальностью из которых обладает метод конечных элементов (МКЭ). [c.5]

В тех случаях, когда конструкции работают при повышенных температурах, достаточных для возникновения деформаций ползучести, расчеты при малоцикловом нагружении оказываются значительно сложнее. Это связано с тем, что сопротивление повторным неупругим деформациям и разрушению зависит не только от уровня нагрузок и числа циклов, но и от длительности нагружения и температуры. Учет температурно-временного фактора в условиях [c.370]

Возможность хрупкого разрушения зависит от многих факторов. Рассмотрим, например, уравнения (И) и (21), с помощью которых можно вычислить соответственно критическую длину трещины и число циклов до разрушения. Для решения этих уравнений необходимо знать свойства материала, характер нагружения в процессе эксплуатации, вероятные размеры исходной трещины и вид зависимости K=f(a) для данного случая. Для сложной конструкции все эти факторы, очевидно, установить не удается. Поэтому для обеспечения безопасности и надежности конструкции необходимо разработать план ограничения этой неопределенности. Он состоит из следующих элементов 1) определение расчетных критериев и допущений, используемых при анализе 2) расчет конструкции с учетом допустимого повреждения 3) осуществление мероприятий по обеспечению выполнения требований расчета. [c.25]

Результаты усталостных испытаний без точного указания режима испытаний имеют лишь информационное значение. Эти результаты можно использовать для расчетов конструкций только в тех случаях, когда способ нагружения и геометрия образцов для испытаний приближаются к режимам нагружения детали при ее практическом применении. Если речь идет о деталях сложных геометрических форм (зубчатые колеса, лопасти, упругие муфты и т. п.), динамически нагружаемых большими силами, необходимо выполнять усталостные испытания непосредственно на этих деталях. [c.65]

Приведенный выше инженерный метод расчета малоцикловой прочности в номинальных напряжениях требует достаточно сложных экспериментальных исследований на натурных узлах и соединениях конструкций в зависимости от целого ряда факторов вида и способа нагружения, характеристик цикла, температуры, технологии изготовления и т. п. В связи с этим упомянутый выше расчет по местным деформациям (см. гл. 1 и 11) является более универсальным, так как он основан на результатах испытаний лабораторных образцов, используемых для оценки прочности конструкций в зонах концентрации напряжений. Применимость деформационных подходов к расчету сварных конструкций определяется наличием данных по теоретическим коэффициентам концентрации напряжений в сварных швах, циклическим свойствам материала различных зон сварного соединения и по уровню остаточных сварных напряжений. В 2 приведены предложения по определению коэффициентов концентрации напряя ений и деформаций в стыковых и угловых швах листовых конструкций. Для стержневых конструкций, выполняемых из фасонного проката, необходимы дополнительные исследования напряжений и деформаций в зонах их концентрации. Свойства строительных сталей при малоцикловом нагружении изучены достаточно подробно, и по ним получены величины параметров для построения расчетных кривых [c.189]

Из сказанного выше следует, что введение в расчеты прочности и ресурса конструкций многопараметрических уравнений состояния, достаточно точно описывающих поведение лабораторных об разцов при сложных режимах термомеханического нагружения [c.236]

Корпуса современных энергетических установок [1—3] представляют собой ответственные и сложные конструкции, к надежной работе которых предъявляются специальные требования. В соответствии с нормами [4] оценка их прочности проводится по таким предельным состояниям, как пластическая деформация или деформация ползучести по всему сечению, появление макротрещин при циклическом нагружении, разрушение (вязкое и хрупкое) и др. При проведении поверочного расчета, позволяющего уточнить геометрическую форму конструкции и определить допускаемое число циклов нагружения и ресурс эксплуатации. Напряжения рассчитываются, как правило, в предположении упругого поведения материалов и в том случае, если они по расчету превышают предел текучести материала местные напряжения и деформации в зонах концентрации в упругопластической области определяются через номинальные и местные в упругой области. При этом для удобства выполнения расчетов, принятых в инженерной практике, вместо упруго-пластических деформаций рассматриваются условные упругие напряжения, равные произведению этих деформаций на модуль упругости [4]. [c.75]

В данной статье приведены результаты расчетного и экспериментального (с применением замораживания ) исследования силовых и температурных напряжений в патрубке, применимого для других аналогичных узлов. Сопоставление расчетных и экспериментальных данных показало применимость для этих типов узлов матричного метода и программы расчета на ЭЦВМ, которые были разработаны для сложных составных конструкций из оболочек, пластин и кольцевых деталей (см. работу [7] и статью того же автора в этом сборнике). Проведена коррекция расчетных результатов в зоне отверстия обечайки корпуса (при внутреннем давлении) по формулам (1), (2), а также в зоне сварного шва (при температурном нагружении) с использованием расчетных данных для стыка полу-бесконечных цилиндров с различными коэффициентами теплового расширения [8]. [c.127]

Поскольку долговечность машины (или аппарата) часто связана с интенсивностью повторно-переменного неупругого деформирования, проблема математического описания соответствующих процессов приобрела большую актуальность. Классические теории пластичности и ползучести не охватывают столь сложных задач, особенностью которых является неизотермическое и непропорциональное повторно-переменное нагружение, чередование этапов быстрого изменения внешних воздействий и длительных выдержек. При этом практика проектирования предъявляет достаточно жесткие требования к теории ее приемлемость для инженерных приложений оценивается в зависимости от соответствия экспериментальным данным, универсальности при описании широкого спектра свойств и эффектов, наблюдаемых при различных условиях нагружения, реальной возможности применения к расчету конструкций. [c.5]

В реальных условиях нагружения (особенно при повторных и длительных нагрузках) в материале конструкций возможно одновременное протекание процессов пластичности и ползучести, причем не всегда можно заранее определить, какой из этих процессов будет превалировать. Таким образом, для практических расчетов теории неупругости представляют несомненный интерес, что и объясняет дальнейший акцент исследований на выявление применимости обобщенной модели неупругости в сопоставлении с другими теориями на широком спектре программ сложного нагружения в условиях только пластичности или ползучести, а также одновременного развития деформаций пластичности и ползучести. Приведем некоторые результаты этих исследований. [c.261]

В настоящей книге изложены вопросы теории и расчета тонкостенных оболочечных конструкций при локальных нагрузках и контактных взаимодействиях. Эти- вопросы тесно связаны с интенсивным развитием многих отраслей современного машиностроения, в которых применяются тонкостенные конструкции. Для таких конструкций указанные нагружения определяют работоспособность их в основных режимах эксплуатации. Возникающие при этом задачи своеобразны и сложны. Они относятся к наиболее актуальным разделам теории оболочек, пластин и стержней и строительной механики тонкостенных конструкций. Такие задачи получили название контактных задач . [c.3]

Тонкостенные оболочечные конструкции во многих отраслях машиностроения относятся к сложным системам, основные качественные характеристики которых связаны с решением прочностных проблем. Упругий расчет оболочечных конструкций при контактных взаимодействиях и локальных нагрузках является необходимым при решении широкого класса задач прочности. Однако для современных машиностроительных конструкций, работающих в сложных режимах нагружения, исследование напряженно-деформированного состояния и в особенности несущей способности должно быть связано с учетом неупругой области деформирования материала. Роль физически нелинейных теорий при разработке эффективных методов расчета прочности тонкостенных конструкций значительно возросла. [c.222]

Несмотря на перечисленные недостатки, скалярные меры повреждений широко используют в инженерных расчетах. Причина состоит не только в простоте такого подхода. В задачах прогнозирования ресурса скалярная мера повреждений допускает интерпретацию, не связанную непосредственно с физической картиной повреждений материала, детали или элемента конструкции. При этом мера повреждений играет роль параметра, который характеризует условия нагружения и воздействия окружающей среды, позволяя прогнозировать показатели ресурса при сложных условиях на основании опытных данных, относящихся к более простым условиям нагружения. В результате мы получаем возможность применять понятие меры повреждений для таких ситуаций, когда ее физическое истолкование утрачивает смысл. [c.62]

Наиболее общий подход при расчете нагруженных инженерных конструкций основывается на оценке ожидаемых напряжений, сравниваемых с пределом текучести материала. При этой оценке используют разные допущения. В некоторых случаях для наилучшего познания напряженного состояния проводили подробные теоретические анализы напряжений. Когда конструкция или ее нагружение являются сложными для теоретического анализа, иногда экспериментально исследуют напряжения в моделях или макетах. В дальнейшем задача сводится к точному определению предела текучести материала при ожидаемой температуре эксплуатации и степени деформации. Часто пластичность оценивают по относительному удлинению и сужению при предполагаемых условиях эксплуатации. И, наконец, там, где может иметь место усталость, необходимо, чтобы конструкция обладала достаточным сопротивлением циклическому нагружению. [c.147]

При расчете элементов конструкций, работающих в условиях сложного нагружения, деформации ползучести могут быть учтены по одной из указанных выше теорий ползучести. [c.34]

Рассмотрим теперь особенности расчета элементов конструкций, работающих в условиях упругости, пластичности и ползучести при простом и сложном нагружениях. Для общности рас-суждений ограничимся рассмотрением случая сложного нагружения. [c.82]

Изложены простейшие прикладные варианты теории неупругости, которые могут быть использованы для исследования закономерностей деформирования и разрушения материала при сложном неизотермическом нагружении, а также для расчетов кинетики напряженно-деформированного состояния и прогнозирования ресурса конструкций высоких параметров. [c.1]

Несмотря на значительные достижения теории пластичности и методов упругопластического расчета деталей при статических и циклических нагрузках [3, 4], методы расчета сложных конструкций при наличии в них зон упругопластических деформаций для более широкого их. применения в инженерной практике развиты недостаточно. Это относится не только к методам, требующим учета процессов сложного нагружения, деформационной анизотропии, трехмерности напряженного состояния и т.д. [51, но и к методам, основанным на теории малых упругопластических деформаций при наличии кинематических гипотез типа гипотез прямых нормалей в теории оболочек и пластин, принимаемых обычно в случае упругого деформирования для обширного класса задач [3,. 6—8]. [c.123]

Гипотезы прочности (теории предельных напряженных состояний, теории прочности) указывают условия перехода материала в предельное напряженное состояние — появления признаков хрупкого разрушения или возникновения текучести. Гипотезы прочности применяют при расчетах по опасной точке (см. стр. 171) при статическом нагружении конструкции, а также — в случаях приведения динамической нагрузки к эквивалентной ей статической (например, при приближенных расчетах на удар). Применяя ту или иную гипотезу прочности, оценку опасности напряженного состояния в исследуемой точке конструкции выполняют путем замены заданного сложного напряженного состояния (двухосного или трехосного) эквивалентным (равноопасным) ему одноосным растяжением. Главное напряжение этого воображаемого (расчетного) одноосного растяжения называют эквивалентным (или приведенным) напряжением. [c.179]

Изложенный вариант теории пластического течения предполагает изотропное упрочнение по мере увеличения и не описывает эффект Баушингера. Однако его можно использовать как первое приближение при расчете конструкций в условиях сложного нагружения. [c.535]

При расчете на прочность элементов конструкций, работающих в условиях сложного напряженного состояния при длительном нагружении, необходимо располагать соответствующей теорией (критерием) прочности, позволяющей определять эквивалентное напряжение. Коэффициент запаса прочности для определенного интервала времени вычисляется как отношение предела длительной прочности для этого значения времени к соответствующему эквивалентному напряжению. [c.399]

Эксплуатационные нагрузки, действующие на элементы конструкций из полимерных материалов, нередко претерпевают изменения. Отсюда возникает необходимость в разработке методов расчета деформационных и прочностных свойств полимеров при переменных напряжениях. В настоящее время достаточно полно рассмотрены возможности описания механического поведения полимеров в условиях изменяющихся нагрузок при одноосном напряженном состоянии с помощью линейной теории вязкоупругости и различных вариантов нелинейной теории вязкоупругости [71, 138]. Наибольший практический интерес представляют случаи нагружения при сложном напряженном состоянии. Однако сведений о ползучести полимеров при сложном напряженном состоянии и переменных напряжениях, а также о методах теоретического описания опытных данных в научно-технической литературе крайне мало. [c.146]

Первым этапом разработки автоматизированной системы расчета на прочность является создание библиотеки стандартных программ (алгоритмов), позволяющих решать весь комплекс возникающих при расчетах задач. Эти алгоритмы должны учитывать реальные условия работы конструкции, максимально приближать расчетную с ему к исходной конструкции, учитывать сложный, в общем случае нелинейный характер поведения конструкции в процессе нагружения. Разработка таких алгоритмов создаст необходимые предпосылки для научно обоснованного выбора основных параметров конструкции и в конечном счете позволит уменьшить сроки и снизить объем экспериментальных исследований при отработке ее прочности. [c.3]

Ниже рассмотрены основные модели материала и методы расчета напряжений и деформаций в конструкциях при простом и сложном нагружении с учетом упругости, пластичности и ползучести. [c.495]

Расчет стойкости инструментов. Установление экономической стойкости при многоинструментной обработке более сложно, чем при одноинструментной, так как обычно на одном суппорте или группе суппортов, кинематически связанных, устанавливают несколько резцов различных конструкций, по разному нагруженных и работающих с различными скоростями резания. [c.113]

Расчет СРТ при динамическом нагружении является достаточно сложной задачей. Для идеализированных постановок в случаях бесконечных и полубесконечных тел рядом авторов [148, 177, 178, 219, 435], которые использовали баланс энергии в различных видах, получены аналитические выражения для СРТ. Для конструкций конечных размеров применимость этих выражений ограничена временем прихода в вершину трещины отраженных волн. В последнее время для конструкций со сложной геометрией получил распространение смешанный численноэкспериментальный метод [383], в котором СРТ предлагается определять, решая нелинейное уравнение вида [c.245]

Все большее значение для расчета несущей способности деталей и элементов конструкций имеют вопросы пластичности. Развитие условий пластичности, примеиительно к использованию их при расчетах, шло по двум направлениям. С одной стороны, разрабатывались такие условия, при которых возможно простое и, вместе с тем, в ограниченных пределах, достаточно точное описание явлений, сопровождающих начало пластической деформации. С другой стороны, предлагались условия пластичности, уточняющие поведение материала в пластической форме и учитывающие ряд дополнительных явлений упругое последействие, влияние нормальных напряжений, действующих по плоскостям скольжения, поведение материала при сложном нагружении. [c.43]

Расчеты прочности и ресурса высоконагруженных конструкций при малоцпкловом нагружении базируются па исходной информации о тепловых и механических нагрузках, на получаемых в процессе расчета данных о кинетике напряженно-деформированных состояний, на соответствующих критериях разрушения (преимущественно деформационного характера) и условиях суммирования повреждений, оцениваемых через параметры действующих и предельных деформаций. Одним из основных вопросов, имеющих существенное значение для всех этапов определения малоцикловой прочности и ресурса, является вопрос об уравнениях состояния, характеризующих поцикловую связь между теку щими значениями напряжений и деформаций. Эта связь в общем случае оказывается достаточно сложной и зависящей от уровня действующих нагрузок, типа материа.ла, условий нагружения (температур, скоростей деформирования, времен выдержек), характера напрян епного состояния, возможных структурных изменений в материале, степени его поврежденности, а также от физико-механических воз- епствий окружающей среды. [c.3]

Предлагаемый вниманию читателей очередной сборник серии Прочность и вязкоупругопластичность объединяет работы по актуальным направлениям теории пластичности и механики разрушения. Обе эти области механики деформируемого тела интенсивно развиваются в большой мере, в связи с все возрастающими запросами практики. Проектирование и расчет конструкций, работающих в условиях исчерпания несущей способности, необходимость повышения их надежности и долговечности требуют углубленного изучения закономерностей нелинейного упругопластического деформирования материалов при сложном нагружении и процессов их разрушения. [c.3]

Критерии разрушения разрабатывают для того, чтобы иметь возможность описать прочность материала при сложном напряженном состоянии. К двум наиболее важным характеристикам критерия относятся его свойство достаточно точно описывать экспериментальные результаты и простота использования. Все современные инженерные критерии являются феноменологическими. Микромеханические явления, возникающие в процессе разрушения, рассматриваются постольку, поскольку они проявляются в макромеханическом поведении материала. Единого математического подхода к описанию поверхности разрушения не существует, поэтому в литературе можно найти множество применяемых критериев. Здесь обсуждаются только некоторые из них, наиболее распространенные. Выбор группы критериев или жакого-то конкретного критерия определяется достаточно общими и в известной степени субъективными соображениями. Он зависит от имеющегося объема экспериментальных данных, описывающих характеристики, материала выбранной концепции расчета (по предельным или максимальным расчетным нагрузкам), допустимого уровня нарушения сплошности материала при нагружении и от склонности к тому или иному подходу при анализе прочности конструкции. [c.79]

Метод тензометрических моделей из низкомодульных материалов. Тензометрические модели из материала с низким модулем упругости применяются для решения следующих задач определение напряжений, усилий и перемещений в сложных конструкциях при заданных силовых нагрузках разработка и проверка методов расчета напряжений и перемещений сопоставление и выбор вариантов конструкций при проектировании по условиям прочности и жесткости выбор типа нагружения и расположения точек измерений при исследовании натурных конструкхщй в условиях стендовых и эксплуатационных испытаний оценка по данным натурной тензометрии напряжений в конструкции в местах, где не проводились измерения деформаций. [c.121]

Сопротивление усталости сталей при бигармоническом нагружении. Значительная часть машиностроительных и энергетических конструкций работает в условиях сложных режимов нагружения. Поэтому в прочностных расчетах необходимо учитывать влияние закона изменения напряжений на усталостные характеристики материалов. Гарф и Кавамото [17, 112] изучали усталостную прочность материалов в зависимости от формы цикла изменения напряжений. Образцы подвергались воздействию двух высокочастотных нагрузок, отличающихся одна от другой в 2— [c.50]

Кабалевский M. Г. О применимости деформационной теории к расчету турбинных дисков при сложном режиме нагружения.— В сб. Тепловые напряжения элементов конструкций. — Киев Наукова думка, 1967, вып. 7, с. 49. [c.194]

В настоящей работе для расчета тонкостенных осесимметричных конструкций, взаимодействующих с линейно-деформируемым основанием, предлагается метод специальных ортонормированных полиномов (МСОП). Математическая схема метода базируется на работах И. И. Воровича, В. М. Александрова и их учеников [2-11,15-18,37-41,51]. Основная идея метода состоит в построении специального множества ортонормированных полиномов, которые позволяют с заданной точностью обратить главный оператор в интегро-дифференциальном уравнении задачи. Благодаря этому приему, метод позволяет по единой схеме рассматривать различные типы конструкций при различных вариантах нагружения и моделях основания. Относительная простота математических приемов и четкость расчетной схемы в сочетании с быстрой сходимостью делают рассматриваемый метод весьма гибким и позволяют решать не только основные задачи по расчету конструкций на ЛДО, но и ряд более сложных вопросов. Сюда относится, например, вопрос об устойчивости конструкции на деформируемом основании, который возникает при работе фундаментов глубокого заложения, заглубленных резервуаров и т. д. [c.257]

В настоящем руководстве затронуты только вопросы прочности конструкций, а именно расчета напряженно-деформированного состояния при статическом нагружении. Это ограничение введено сознательно, поскольку прн изложении основ такого сложного программного комплекса, как ANSYS, невозможно, да и ие нужно, охватить все области его возможного использования единовременно. [c.8]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...