Міністерство освіти і науки України

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ «ХАРКІВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ»

Факультет ТМ Кафедра «Теорія і системи автоматизованого проектування механізмів і машин»

Спеціальність «Інформаційні технології проектування» До захисту допускаю Завідувач кафедри ________________________ (ініціали та прізвище)

________________________ (підпис, дата)

КУРСОВА РОБОТА Тема «Дослідження тонкостінної просторової конструкції від дії експлуатаційного

навантаження на прикладі баштового крана»

Шифр проекту ________________________

(група, номер теми за наказом) Виконавець Бєда Олександр Сергійович Керівник Грабовський Андрій Володимирович

Харків 2011

2

ЗМІСТ

Вступ………………………………………………………………………………….

1. Опис конструкції…………………………………………………………..........

2. Постановка завдання…………………………………………………………….

3. Метод скінченних елементів……………………………………………………

3.1 Опис властивостей скінченних елементів……………………………….

4. Побудова та розрахунок комп’ютерної моделі………………………….…….

4.1 Інструменти які використовувалися при побудові………….......………

4.2 Створення скінченно-елементної сітки ………………………………….

4.3 Розрахунок напружено-деформованого стану конструкції……………..

4.3.1 Результати виявлення напруги в конструкції……………………...

4.3.2 Результати виявлення переміщень в конструкції…………………

5. Висновок………………………………………………………………………….

6. Література…………………………………………………………………………

3

4

6

8

9

18

18

19

21

22

25

26

27

3

ВСТУП

Задача цієї курсової роботи – це побудова в CAD/CAE системах

конструктиву баштового крану та проведення перевірочного розрахунку

конструкції на напругу і деформацію.

Підйомно-транспортні машини знаходять широке застосування в багатьох

галузях промисловості: сільському господарстві, будівництві, всіх видів

транспорту, в яких використовують як загальнопромислові види цих машин так і їх

системи і конструкції, що відображають специфіку даної галузі народного

господарства.

Механізація та автоматизація виробничих процесів вимагають всесвітнього

розширення областей ефективного застосування різних вантажопідйомних і

транспортуючих машин і механізмів. Широке використання сприяє механізації

трудомістких і важких робіт, здешевлення вартості виробництва, поліпшення

використання обсягу виробничих будівель, скорочення шляхів руху вантажів в

технологічному ланцюгу виробництва.

Висока технологічність машин для лісозаготівель, лісосплаву, будівництва

багатоповерхових будівель та ін. забезпечується тим, що ланцюг виробництва

пов'язаний сучасною системою підйомних і транспортуючих машин і механізмів,

підйомно-транспортних машин.

Актуальність питання. Накопичений досвід експлуатації, аналіз відомих

випадків відмов конструкцій кранів і пошкоджень, а також розвиток методів

неруйнівного контролю напівфабрикатів (заготовок) і готових виробів на стадії їх

виробництва та експлуатації сприяли радикальній зміні методології в підходах до

надійності та довговічності конструкцій. Питання надійності баштових кранів, що

є одним з основних транспортуючих засобів на будівництві багатоповерхових

будинків, у міру збільшення будівель набувають все більшої актуальності.

4

1 ОПИС КОНСТРУКЦІЇ

Основним призначенням баштових кранів є виконання будівельно-

монтажних робіт при зведенні будівель і споруд енергооб'єктів, виконання

вантажно-розвантажувальних робіт.

На монтажі основного і допоміжного обладнання головних корпусів

теплоелектростанцій при необхідності поєднань будівельні та тепло-монтажні

роботи часто використовуються баштові крани.

Баштовий кран складається з вежі (колони) 6, стріли 2, опорної частини 7,

кабіни оператора (машиніста) 4, механізмів підйому вантажу 10, повороту стріли 5,

зміни вильоту 18. Баштові крани оснащені пристроями безпеки (обмежувача ми

підйому вантажу, пересування вантажного візка, повороту і підйому стріли).

Управління всіма механізмами здійснюється машиністом-оператором з кабіни

крана.

Баштові крани класифікуються на дві групи: крани з поворотною

платформою і крани з неповоротною баштою.

Конструктивною особливістю кранів першої групи є установка вежі і

противаги на поворотній платформі. На кранах ж другої групи платформа зі

встановленою на ній вежею не повертається. Для можливості переміщення

вантажів по дузі на вежі встановлений поворотний оголовок, до якого для

врівноваження стріли кріпиться проти вагова 8, консоль з контр вантажем. Робочі

механізми встановлюються на противаговій консолі, в той час як робочі механізми

на кранах першої групи встановлюються на поворотній платформі.

В будівництві, як правило, застосовуються крани баштові пересувні. Ходові

візки 16 на сталевих ходових колесах з ребордами переміщуються по підкрановому

рейковому шляху 7 за допомогою механізмів пересування.

За типом баштових стріл крани поділяються на крани з підйомною і

балочною стрілами 2 (в даній дипломній роботі буде використовуватися саме цей

тип стріли) (рис. 1.1). Зміна вильоту проводиться відповідно або підйомом або

опусканням стріли, або переміщенням вантажного візка 17 по стрілі.

5

Розглянутий в даній роботі пересувний баштовий кран виконує наступні

робочі рухи: підйом вантажу, зміна вильоту, поворот стріли і пересування з

вантажем. Це дозволяє транспортувати монтуюче обладнання (монтажний блок)

або вантаж в будь-яку точку монтажної зони в межах робочої зони крана, при

необхідності виводити плоскі блоки у вертикальне положення з подальшою

подачею їх на монтаж.

Основними перевагами баштових кранів є:

- розміщення стріли на великій висоті, завдяки чому вона не перетинає

конструкції монтуючого об'єкту;

- добрий огляд монтажної зони з кабіни кранівника; великі розміри робочої

зони.

- для баштових кранів можливо суміщення пересування з підйомом

(опусканням) вантажу.

До недоліків слід віднести необхідність влаштування підкранових колій 7 та

їх демонтаж при перебазуванні до наступного монтажу.

Основні технічні параметри баштових кранів та їх позначення

регламентуються ГОСТ 13556-85.

Рисунок 1.1 – Баштовий кран з неповоротною баштою та балочною стрілою

6

2 ПОСТАНОВКА ЗАВДАННЯ

Основне завдання роботи полягає у визначенні напруженно-деформованного

стану тонкостінної просторової конструкції баштового крана (рис.2) під дією

робочих навантажень. У досліджуваній конструкції використовується сталь, яка

знаходиться в бібліотеці матеріалів ANSYS Workbench, Structural Steel, якій

притаманні такі характеристики матеріалу:

- модуль пружності 11102 E Па;

- коефіцієнт Пуассона .

Рисунок 2.1 – Баштовий кран

7

Умови роботи крану:

- температура середовища, в якій перебуває кран 22 °С;

- вага на стрілі крану 3 т або 29 400 Н;

- вага противаги 12 т або 117 600 Н.

На підставі отриманих результатів можна робити певні висновки щодо

достовірності розрахунків, проведених в системі ANSYS Workbench 13.0 і про

можливість вирішення завдань цього класу. Умовно завдання можна розбити на

наступні етапи:

- створення геометричної моделі баштового крану в системі SolidWorks 2011;

- створення скінченно-елементної моделі баштового крану, при моделюванні її

поверхневими скінченними елементами;

- проведення необхідних розрахунків напруженно-деформованного стану на

базі скінченно-елементної моделі в системі ANSYS Workbench 13.0.

8

3 МЕТОД СКІНЧЕННИХ ЕЛЕМЕНТІВ

Метод скінченних елементів (МCЕ) виник з будівельної механіки й теорії

пружності, й одержав широке поширення для розв'язання завдання гідродинаміки,

електро- і магнітодинаміки при вивченні складних фізичних процесів, пов'язаних з

поширенням сейсмічних хвиль у земній корі й інших фізичних явищах, що мають

складну природу, й протікають у середовищах зі складною структурою,

геометрією й різноманітними фізичними властивостями.

Представники інженерного напрямку вирішують досить складні технічні

завдання, часто не замислюючись над суворим обґрунтуванням застосовуваних

ними прийомів, а побудовані алгоритми й програми перевіряють на відомих

точних розв'язаннях.

Область застосування методу кінцевих елементів суттєво розширилася, коли в

1968 р. було показано, що рівняння, що визначають елементи в задачах будівельної

механіки, поширення тепла, гідромеханіки, можуть бути легко отримані за

допомогою таких варіантів методу зважених нев'язань, як метод Гальоркіна або

спосіб найменших квадратів. Установлення цього факту зіграло важливу роль у

теоретичному обґрунтуванні методу скінченних елементів, оскільки дозволило

застосовувати його при розв'язанні багатьох типів диференційних рівнянь. Таким

чином, метод скінченних елементів з чисельної процедури розв'язання задач

будівельної механіки перетворився в загальний метод чисельного розв'язання

диференційних рівнянь або систем диференційних рівнянь. Насамперед, необхідно

виділити, що число зв'язків між будь-яким скінченним елементом, обмеженим

уявлюваними поверхнями, і сусідніми елементами нескінченно.

Дискретизувати такі завдання можна за допомогою застосування наступної

методики:

1) Суцільне середовище розділяється уявлюваними лініями або поверхнями на

деяку кількість скінчених елементів.

2) Робиться припущення про те, що елементи зв'язані між собою у вузлових

точках, розташованих на межах цих елементів (основними невідомими в такому

випадку стають переміщення цих вузлових точок).

9

3) Вибирається функція, що однозначно визначає переміщення усередині

кожного елемента через переміщення вузлових точок.

4) Функції переміщень однозначно визначають деформації усередині елемента

через вузлові переміщення. Ці деформації при відомих початкових деформаціях і

пружних властивостях елемента дозволяють визначити напруження як усередині

елемента, так і на його межах.

5) Визначається система сил, зосереджених у вузлах, які урівноважують

напруження на межі й деякі розподілені навантаження, а потім записується

співвідношення для жорсткостей.

3.1 Опис властивостей скінчених елементів

Характеристики скінченного елемента й основні правила їх одержання будемо

зображувати в математичній формі. Використовуватимемо матричну форму

запису.

У прикладі використовуємо елементи трикутної форми, показані на

рисунку 3.1.

Рисунок 3.1 - Плоска область, розбита на скінченні елементи

Розглянемо функцію переміщення скінченного елемента. Типовий скінченний

елемент e визначається вузловими точками i, j, m і т.д. і прямолінійними межами.

10

Нехай переміщення будь-якої точки усередині елемента задаються вектор-

стовпцем:

{푓} = [푁]{훿} = 푁 , 푁 , 푁 , …

훿훿훿

⋮

, (3.1)

де компоненти [N] є, в загальному випадку, функціями розташування, а

[훿] являють собою переміщення вузлових точок розглянутого елемента.

У випадку плоского напруженого стану вектор-стовпець:

{푓} = 푢 (푥, 푦)푣 (푥, 푦) (3.2)

містить горизонтальне й вертикальне переміщення типової точки усередині

елемента, а стовпець:

{훿 } = 푢푣 (3.3)

містить відповідні переміщення вузла i.

Функції 푁 , 푁 , 푁 повинні бути обрані таким чином, щоб при підстановці в

(1) координат вузлів отримувати відповідні вузлові переміщення. Тобто:

푁 (푥 , 푦 ) = 1 (одинична матриця)

푁 푥 , 푦 = 푁 (푥 , 푦 ) = 0 і т. д., (3.4)

чого можна досягти за допомогою відповідного вибору лінійних відносно x і y

функцій.

Функції [N] називаються функціями форми й відіграють важливу роль у

методі скінченних елементів.

Тепер можна приступати до розгляду деформації скінченного елемента.

11

Якщо відомі переміщення у всіх точках елемента, то в них можна визначити й

деформації. Вони знаходяться за допомогою співвідношення, яке можна записати в

наступному вигляді:

{휀} = [퐵]{훿} . (3.5)

Матрицю [B] можна легко одержати зі співвідношення (3.1), якщо відомі

функції форми 푁 , 푁 , 푁 . Якщо ці функції лінійні, деформації постійні по всьому

елементу.

Розглянемо тепер напруження скінченного елемента.

У загальному випадку матеріал, який перебуває усередині елемента, може

мати початкові деформації, обумовлені температурними впливами, усадкою,

кристалізацією і т.д. Якщо позначити ці деформації через {휀 }, то напруги будуть

визначатися різницею між існуючими й початковими деформаціями.

Крім того, зручно припустити, що в розглянутий момент часу в тілі існують

деякі залишкові напруження {휎 }, які, наприклад, можна виміряти, але не можна

передбачити без знання повної історії навантаження матеріалу. Ці напруження

можна просто додати до загального виразу. Таким чином, у припущенні пружної

поведінки, співвідношення між напруженнями й деформаціями будуть лінійними:

{휎} = [D]({휀} – {휀 }) + {휎 }, (3.6)

де [D]– матриця пружності, що містить характеристики матеріалу.

Для окремого випадку плоского напруженого стану необхідно розглянути три

компоненти напруг, відповідні до введених деформацій. У прийнятих позначеннях

вони записуються в наступному виді:

{휎} = 휎휎휏

. (3.7)

12

Матрицю [D] легко отримати зі звичайних співвідношень між напруженнями

й деформаціями для ізотропного матеріалу:

휀 − (휀 ) = 1퐸

휎 − 푣퐸

휎 ,

휀 − 휀 = 휎 + 휎 , (3.8)

푦 − (푦 ) = 2(1 + 푣)

퐸 휏 .

Звідси можна одержати:

[퐷] = 1 푣 0푣 1 0

0 0 . (3.9)

Наступним етапом буде розгляд еквівалентних вузлових сил.

Допустимо, що стовпець:

{퐹} =

퐹퐹퐹⋮

(3.10)

визначає сили, які статично еквівалентні граничним напруженням і діючим на

елемент розподіленим навантаженням. Кожна із сил {퐹 } повинна мати стільки ж

компонент, скільки й відповідне вузлове переміщення {훿 }, і діяти у відповідному

напрямку.

Розподілені навантаження {p}визначаються як навантаження, що доводяться

на одиниці об'єму матеріалу елемента й діюче в напрямках, відповідних до

напрямків переміщень у цій точці.

13

В окремому випадку плоского напруженого стану вузлові сили будуть

записані в наступному виді:

{퐹 } = 푈푉 , (3.11)

де U і V – компоненти, відповідні до переміщень u і v. Розподілене

навантаження буде мати такий вигляд:

{푝} = 푋푌 , (3.12)

де X і Y – компоненти «об'ємних сил».

Найпростіший спосіб зробити вузлові сили статично еквівалентними діючим

граничним напругам і розподіленим навантаженням полягає в завданні довільного

(віртуального) вузлового переміщення й прирівнюванні зовнішньої й внутрішньої

робіт, здійснюваних різними силами й напругами на цьому переміщенні.

Нехай d{훿} – віртуальне переміщення у вузлі. Тоді, скориставшись

співвідношеннями (3.1) і (3.5), можна одержати відповідно переміщення й

деформації в наступному вигляді:

푑{푓} = [푁]푑{훿} та 푑{휀} = [퐵]푑{휀} . (3.13)

Робота, чинена вузловими силами, дорівнює сумі добутків компонент кожної

сили на відповідні переміщення, що в матричному виді буде виглядати так:

(푑{훿} ) ∗ {퐹) . (3.14)

Аналогічно, внутрішня робота напруг і розподілених сил, що доводяться на

одиниці об'єму, буде дорівнювати:

푑{휀} {휎} − 푑{푓} {푝} (3.15)

14

або, виходячи із правил матричної алгебри по транспонуванню матриць

здійснюється по формулі ([퐴] [퐵]) = [퐴] [퐵] й складе:

(푑{훿} ) ([퐵] {휎} − [푁] {푝}). (3.16)

Дорівнюючи роботу зовнішніх сил сумарній внутрішній роботі, одержуваній

інтегруванням за обсягом елемента, отримаємо:

(푑{훿} ) {퐹} = (푑{훿} ) (∫[푁] {휎}푑푉 − ∫[푁] {푝}푑푉). (3.17)

Оскільки це співвідношення слушне для будь-якого віртуального

переміщення, коефіцієнти в правій і лівій частинах повинні бути, відповідно, рівні.

Після підстановки (3.5) і (3.6), одержуємо наступний результат:

{퐹} = (∫[퐵] [퐷][퐵]푑푉) {훿} − ∫[퐵] [퐷]{휀 } 푑푉 +

+ ∫[퐵] {휎 }푑푉 − ∫[푁] [푝]푑푉. (3.18)

Ця залежність є однією з основних характеристик будь-якого елемента.

Матриця жорсткості тоді прийме наступний вид:

[푘] = ∫[퐵] [퐷][퐵]푑푉. (3.19)

Вузлові сили, обумовлені розподіленими навантаженнями, мають такий

вигляд:

{퐹} = ∫[푁] [푝]푑푉, (3.20)

а сили, обумовлені початковою деформацією, будуть виражені як:

{퐹} = ∫[퐵] [퐷]{휀 }푑푉. (3.21)

15

Вузлові сили, обумовлені початковою напругою, будуть записані в

наступному вигляді:

{퐹} = ∫[퐵] {휎 }푑푉. (3.22)

Якщо система початкових напруженнь самоврівноважена, то після складання

ансамблю сили, обумовлені співвідношенням (3.22), тотожно дорівнюють нулю.

Тому звичайно оцінка компонентів цих сил не проводиться. Однак, якщо,

наприклад, досліджуються виробки гірської породи, у якій задані тектонічні

напруження, то необхідно враховувати, що видалення матеріалу може викликати

порушення силового балансу.

При використанні трикутного елемента в завданнях про плоский напружений

стан, основні характеристики одержують після відповідної підстановки. У цьому

випадку матриця [B] й інтегрування виконується тривіально.

Складання ансамблю й подальший розв'язок проводяться за допомогою досить

простої процедури. У загальному випадку у вузлах можуть бути прикладені

зосереджені зовнішні сили. Тоді для збереження рівноваги у вузлах слід додатково

ввести матрицю сил:

{푅} =

푅푅⋮

푅

. (3.23)

Важливо зробити акцент на елементах, що стикаються із межею. Якщо на

межі задані переміщення, то ніяких утруднень і складностей не виникне. Тому

розглянемо випадок, коли на межі задане розподілене зовнішнє навантаження,

наприклад, навантаження на одиницю площі. Тоді у вузлах граничного елемента

необхідно прикласти додаткове навантаження. Для цього використовуємо принцип

віртуальної роботи:

{퐹} = − ∫[푁] [푔]푑푆, (3.24)

16

де інтегрування проводиться по межі елемента. Важливо відзначити наступне:

для того, щоб записаний вище вираз був слушний, навантаження на одиницю

площі повинне мати таке ж число компонентів, що й {f}.

На фігурі (рис. 3.1) показаний граничний елемент для випадку плоского

напруженого стану. Інтегрування в (3.24) рідко вдається виконати точно. Часто,

виходячи з фізичних міркувань, поверхневе навантаження просто заміняється

прикладеними в граничних вузлах зосередженими силами, які визначаються з умов

статистичної рівноваги. Для розглянутого окремого випадку результати будуть

еквівалентні.

Після того, як з розв'язку загальної системи рівнянь визначені вузлові

переміщення, зі співвідношень (3.2) і (3.3) можуть бути знайдені напруги в будь-

якій точці елемента:

{휎} = [퐷][퐵]{훿} − [퐷]{휀 } + {휎 }. (3.16)

У цьому виразі матриця напруженнь елемента буде мати такий вигляд:

[푆] = [퐷][퐵]. (3.17)

До цієї матриці повинні бути додані напруги

휎 [ ]( ) та ( ) (3.18)

Відсутність складової напруження, викликане розподіленим навантаженням

{휎} , пояснюється тим, що розглядаються тільки умови загальної рівноваги, а не

рівноваги всередині кожного елемента.

Узагальнений характер переміщень, деформацій і напруг можна зобразити у

такий спосіб. Фізичний зміст переміщень, деформацій і напруг у розглянутому

випадку очевидний. У розглянутому плоскому елементі термін «переміщення»

17 може позначати прогин і нахил у даній точці. Тоді «деформаціями» будуть

кривизни серединної поверхні, а «напругами» – внутрішні згинаючі моменти.

Усі отримані тут вирази слушні й у загальному випадку за умови, що сума

добутків переміщень на відповідні компоненти навантажень визначає зовнішню

роботу, тоді як сума добутків деформації на відповідні компоненти напруг –

внутрішню роботу.

18

4 ПОБУДОВА ТА РОЗРАХУНОК КОМП’ЮТЕРНОЇ МОДЕЛІ

4.1 Інструменти які використовувалися при побудові

- витягнута поверхня;

- зшити поверхні (об'єднує дві або кілька суміжних поверхонь);

- подовжити поверхню (подовження кромки, кількох крайок або грані на

поверхні в залежності від кінцевих умов і типу подовження);

- поверхня по перетинах (створення поверхні по перетинах між двома або

кількома профілями);

- заповнити поверхню (створення латки на поверхні в межах, визначених

існуючими крайками моделі, ескізами або кривими);

- лінійний масив;

- відсікти поверхню (відсікання поверхні, де одна поверхня перетинає іншу

поверхню, площину або ескіз);

- дзеркальне відображення;

- плоска поверхня (створення плоскої поверхні за допомогою ескізу або

набору крайок);

- лінія роз'єму.

Рисунок 4.1 – Баштовий кран

19

4.2 Створення скінченно-елементної сітки

Для того щоб скінченно-елементна сітка була рівномірна, модель була

порізана на багато поверхонь (рис. 4.2.1), цей крок був виконаний в CAD-системі

SolidWorks 2011. У результаті було отримано 4 205 поверхонь.

Рисунок 4.2.1 – Розрізання моделі для отримання структурованої сітки

20

Для подальшого розрахунку напружено-деформованого стану, модель була

імпортована в CAE-систему ANSYS Workbench 13.0 у форматі Parasolid.

У даному крані були використані такі різновиди арматур:

- квадратна труба з поперечним перерізом 140×140×9 мм (ширина, висота і

товщина стінок);

- кругла труба з поперечним перерізом 150×165 мм (внутрішній діаметр та

зовнішній діаметр);

- кругла труба з поперечним перерізом 65×75,5 мм;

- прямокутна труба з поперечним перерізом 180×100×8 мм;

- металеві пластини з товщиною 10 та 15 мм;

- троси ∅ 36 мм.

Далі був заданий матеріал арматури з якої повинен складатися баштовий кран,

Structural Steel, ця сталь знаходиться в бібліотеці ANSYS Workbench, та має такі

характеристики:

- модуль пружності 11102 E Па;

- коефіцієнт Пуассона 3.0 .

Так як геометрія була підготовлена для створення структурованої скінченно-

елементної сітки, переважно для квадратних елементів, то в даному випадку був

використаний тип сітки mapped face meshing, який, незважаючи на деякі

складності, відмінно впорався з поставленим завданням (рис 4.2.2).

Mapped Face Meshing - створення структурованої скінченно-елементної сітки

на відносно простий геометрії.

У результаті генерації скінченно-елементної сітки було створено 228 тисяч

237 вузлів.

21

Рисунок 4.2.2 – Скінченно-елементна сітка баштового крану

4.3 Розрахунок напружено-деформованого стану конструкції

Для початку було поставлено статичний розрахунок. Так як висота даного

крана становить 40 метрів, він відмінно підходить для споруди стандартних 9-ти

поверхових житлових будинків. Вага самого важкого елементу з конструктиву

22 будинків, тобто плити перекриттів, не перевищує 3 тонн. Відповідно докладемо

навантаження на самий останній відсік стріли 3т. А з боку противаги докладемо

навантаження 12 тонн, тому що співвідношення вильотів дорівнює 1 / 4. І на

кінець, для того щоб досліджувана конструкція мала всі необхідні обмеження, була

зафіксована нижня частина башти крана.

У середовищі ANSYS Workbench 13.0 це буде виглядати так:

- навантаження на стрілі 3т = 29400 Н;

- навантаження з боку противаги 12т = 117600 Н;

- закріплення нижньої частини башти крана – Fixed Support.

4.3.1 Результати виявлення напруги в конструкції

Так як протягом розрахунків спливали деякі недоліки конструкції з боку

противаги, буде показано три варіанти напруженого стану цієї області з деякими

модифікаціями. Перший варіант зображений на рисунку

Рисунок 4.3.1.1 – Напруження у першому варіанті конструкції

23

У результаті через випираючі плечі був утворений концентратор напружень,

значення напружень у якому досягло 892 МПа, що більш ніж в три рази перевищує

межу текучості використовуваної сталі в конструкції. У результаті кран виявиться

непрацездатним.

Розглянемо напруження у другому варіанті конструкції (рис. 4.3.1.2).

Рисунок 4.3.1.2 - Напруження у другому варіанті конструкції

Завдяки доданим ребрам жорсткості, було зменшено напругу на 33%, але

цього все-рівно не вистачало, тому що напруга перевищувало межу текучості сталі

більш ніж в два рази. Через непотрібність заважаючих плечей у даному

розрахунку, позбавимося від них (рис 4.3.1.3, 4.3.1.4).

Рисунок 4.3.1.3 - Напруження у третьому варіанті конструкції

24

Рисунок 4.3.1.4 - Напруження у третьому варіанті конструкції

На цей раз конструкція витримала покладені навантаження, і був отриманий

коефіцієнт запасу 1,3. Причина концентрацій напруг була усунена, подивимося

епюру напружень стріли (рис. 4.3.1.5).

Рисунок 4.3.1.5 – Епюра напружень стріли крана

25

4.3.2 Результати виявлення переміщень в конструкції

Рисунок 4.3.2.1 – Епюра напружень стріли крана

Исходя из результатов эпюры, можно определить, что перемещения стрелы

составляют примерно 17 см.

26

ВИСНОВОК

1. У результаті проведеного дослідження отримані дані, що дозволяють

оцінити працездатність баштового крана на основі напружено-деформованого

стану при робочих навантаженнях.

2. Розрахунки напруженого і деформованого стану показали, що для

тривалої роботи баштового крана, необхідно, щоб вага вантажу не перевищувала

3 тонни.

3. Був проведений статичний розрахунок, який показує працездатність

конструкції без врахування сили тяжіння, сили вітру, інерції, яка з’являється коли

стріла повертається та ін...

27

ЛІТЕРАТУРА

1 Машиностроение. Эниклопедия / Ред. совет: К.В. Фролов (пред.) и др. –М:

Машиностроение. Динамика и прочность машин. Теория механизмов и машин. Т.

1-3. В-2-х кн. Кн. 1 / К.С. Колесников, Д.А. Александров, В.К. Асташев и

др.; Под общ. Ред. К.С. Колесникова. 1994. – 534 с.

2 Абарцумян С.А. «Разномодульная теория упругости». - М: Наука. Главная

редакция физико-математической литературы, 1982. – 320 с.

3 Овчаренко В.А. Расчет задач машиностроения методом конечных

элементов: Учеб. пособие. – Краматорск: ДГМА, 2004. – 128 с.

4 Б.Е. Победра «Метод конечных элементов в технике», 1975. – 541 с.

5 Расчеты машиностроительных конструкций методом конечных элементов:

Справочник/ В.И. Мяченков, В.П. Мальцев, В.П. Майборода и др.; Под общ. Ред.

В.И. Мяченкова. – М.: Машиностроение, 1989. – 520 с.

6 Наталья Дударева, Сергей Загайко "SolidWorks 2006. Самоучитель", 2006. -

166 с.

7 Алямовский А.А. «SolidWorks. Компьютерное моделирование в

инженерной практике», 2005. – 800 с.

8 http://uk.wikipedia.org – Система автоматизованого проектування.

9 http://www.ci.ru/inform01_02/p_22-23.htm - Система автоматизации

проектных работ.

10 http://solidworks.dwg.ru - Cистема автоматизированного проектирования –

SolidWorks.

11 Л.Г. Блохин «Краны», 1971. – 223 с.