Команда технических специалистов ИСКРАТЕХ успешно завершила проект по проведению прочностных расчетов для российского судоремонтного завода
Получить консультациюСтроительные леса — вспомогательное сооружение для размещения работников и материалов при выполнении ремонтных или монтажных работ. К конструкциям такого рода предъявляются особые прочностные характеристики и требования, которые обеспечивают безопасный доступ к действующему оборудованию или поверхности.
В 2021 году команда технических специалистов ИСКРАТЕХ провела инженерный расчет строительных лесов, применяемые при ремонте судов гражданского и военного назначения. Заказчиком выступил отечественный судоремонтный завод, ежегодно выполняющий около 250 крупных заказов Тихоокеанского флота.
Совместно с Заказчиком специалисты ИСКРАТЕХ разработали подробное техническое задание, определяющее рамки проекта, цели и задачи.
В рамках первого этапа необходимо было разработать 3D модели по предоставленным чертежам от Заказчика. Далее провести несколько прочностных расчетов в программном комплексе Ansys Mechanical для определения нагрузки, при которой напряжения в материале достигнут предела текучести. Также определить усилие, при котором произойдет потеря устойчивости сборки.
Расчет прочности «Щит настила»
Принимается допущение о симметричности щита, за счет чего моделируется только половина модели. Геометрия представляется в виде тонкостенной оболочки. Сварные швы моделируются соединениями узлов сетки. В соответствии со схемой расположения нагрузки, прикладывается сила по всей ширине сечения равная 3500 Н.
После проведения расчета строится зависимость «Напряжения-усилие» (рисунок 6) и методом линейной интерполяции определяется допускаемая нагрузка. В итоговом результате приводится найденная величина, умноженная на два, т. к. в расчете участвует только половина модели. Напряжения рассчитываются по теории Мизеса (рисунки 4, 5). Расчетная модель с сеткой конечных элементов модели щита длиной 2000 мм (для остальных длин идентично) представлены на рисунках 1 – 3.
Рис. 1. Сетка конечных элементов
Рис. 2. Область симметрии (красные линии)
Для опоры А разрешается только вращение относительно оси Х глобальной системы координат. Для опоры В дополнительно разрешено поступательное движение вдоль оси Z.
Рис. 3. Граничные условия
Рис. 4. Эквивалентные напряжения модели длиной 2000 мм при нагрузке 3500 Н
Рис. 5. Средние эквивалентные напряжения в опасном сечении для модели щита длиной 2000 мм при нагрузке 3500 Н
Рис. 6. Диаграмма «Напряжения-усилие»
Расчет прочности «Связь продольная»
Геометрия представляется в виде балочной модели с кольцевым сечением. Замки в модели не учитываются, так как установка идёт на 2 точки в месте их расположения относительно которых сечение может поворачиваться. В соответствии со схемой расположения нагрузки, прикладывается узловая сила равная 10000 Н.
После проведения расчета строится зависимость «Напряжения-усилие» (рисунок 10) и методом линейной интерполяции определяется допускаемая нагрузка. Напряжения рассчитываются по теории Мизеса (рисунок 9).
Расчетная модель с сеткой конечных элементов модели связи продольной длиной 1000 мм (для остальных длин идентично) представлены на рисунках 7 и 8.
Рис. 7. Сетка конечных элементов
Рис. 8. Граничные условия
Для опоры А разрешается только вращение относительно оси Х глобальной системы координат. Для опоры В дополнительно разрешено поступательное движение вдоль оси Y.
Рис. 9. Максимальные эквивалентные напряжения в сечениях связи продольной длиной 1000 мм
Рис. 10. Диаграмма «Напряжения-усилие»
Расчет прочности «Стойка вертикальная»
Оценивается прочность соединения малой опоры со стойкой в соответствии со схемой испытания. Принимается допущение, что допускаемое усилие не изменяется в зависимости от расположения опоры. Геометрия представляется в виде тонкостенной оболочки. Сварные швы моделируются инструментами Mechanical и представляются как отдельные тела со связанными узлами. В соответствии со схемой расположения нагрузки, прикладывается сила равная 10000 Н.
Рис. 12. Сетка конечных элементов
Рис. 13. Граничные условия
После проведения расчета строится зависимость «Напряжения-усилие» и методом линейной интерполяции определяется допускаемая нагрузка. Напряжения рассчитываются по теории Мизеса (рисунок 14). Расчетная модель с сеткой конечных элементов представлены на рисунках 11 – 13. В качестве граничного условия для стойки принимается жесткая заделка нижнего торца.
Рис. 14. Эквивалентные напряжения на стойке
Рис. 15. Диаграмма «Напряжение-усилие»
Расчет прочности «Домкрат винтовой»
Оценивается прочность резьбы на срез. Задача решается в осесимметричной постановке относительно глобальной оси Y. Между резьбовыми поверхностями назначен контакт с трением, коэффициент трения принят равным 0,1.
Допускаемое напряжение среза: [𝜏] = 0,6 ∙ 𝜎т = 0,6 ∙ 205 = 123 МПа.
В соответствии со схемой расположения нагрузки, прикладывается перемещение вдоль оси Y для облегчения сходимости. После проведения расчета выводятся линеаризованные касательные напряжения в опасном сечении и подбирается момент времени, когда среднее напряжение будет равно допускаемому. Затем определяем усилие на гайке. Расчетная модель с сеткой конечных элементов представлены на рисунках 16.
В качестве граничного условия для трубы домкрата принимается жесткая заделка верхнего торца.
Рис. 16. Сетка конечных элементов
Рис.18. Поля эквивалентных напряжений в резьбе
Искомый момент времени из рисунка 19 – 0,57 с. На рисунке 20 приведена диаграмма изменения усилия от времени. Итоговое усилие составило 113612 Н.
Рис. 19. Линеаризованные касательные напряжения в опасном сечении в момент времени, когда среднее напряжение равно допускаемому
Рис. 20. Диаграмма «Усилие-время»
По результатам расчетов были определены допускаемые усилия элементов строительных лесов, при которых достигается предел текучести. После получения результатов Заказчиком были проведены натурные испытания прочностных характеристик конструкции, которые полностью совпали с результатами инженерного анализа, проведенное в Ansys Mechanical.