Приложение И (рекомендуемое).Коэффициент приведения предела выносливости к расчетному количеству циклов

Приложение И
(рекомендуемое)

Коэффициент приведения предела выносливости к расчетному количеству циклов

И.1 Общие положения

И.1.1 Основной характеристикой нагруженности металлической конструкции с позиции расчета на сопротивление усталости является заданная группа классификации (режима) крана. Она характеризуется четырьмя вариантами сочетаний классов использования, и режимов нагружения по ГОСТ 32579.1 (приложение А). По классу использования определяется общее количество циклов работы крана за срок службы .

Процесс работы крана состоит из рабочих циклов. Создаваемый ими процесс изменения напряжений в расчетной зоне обусловлен массой груза, значениями динамических нагрузок и структурой цикла (набором и последовательностью совершаемых краном движений). Вероятностное распределение масс грузов описывается гистограммой, которая представляет собой l пар значений масс грузов и частот , причем . По гистограмме вычисляется коэффициент распределения нагрузок

,

где Q - грузоподъемность крана.

Пример параметров гистограмм грузов для четырех режимов нагружения, вычисленных на базе биномиального распределения, приведен в таблице И.1 (рисунок И.1, таблица И.1).

Рисунок И.1 - Примеры гистограмм грузов для режимов нагружения Q1, Q2, Q3, Q4

Таблица И.1 - Параметры гистограмм грузов, соответствующих четырем режимам нагружения

Относительные массы грузов Q/Q	Значения частот для режимов
	Q1	Q2	Q3	Q4
От 0 до 0,25 включ	0,46	0,23	0,03	0
Св. 0,25 " 0,50 "	0,39	0,40	0,24	0
" 0,50 " 0,75 "	0,14	0,30	0,45	0
" 0,75 " 1,00"	0,01	0,07	0,28	1,00

И.1.2 Для анализа долговечности крановых конструкций, в которых размах напряжений пропорционален или в значительной степени зависит от массы поднимаемого груза, целесообразно в запас надежности считать, что кран работает в режиме нагружения Q4, то есть всегда с номинальным грузом. При этом класс использования выбирается такой, который соответствует заданной группе классификации. Это упрощает расчет, так как в этом случае l = 1, и дает погрешность в запас надежности.

И.1.3 Структура циклов работы крана различна, но для расчета на сопротивление усталости может быть смоделирована с помощью нескольких типичных схем. Каждая типовая схема рабочего цикла представляет собой последовательность движений, которая выполняется краном от начала подъема груза до момента, когда он готов поднять следующий груз. Набор из К схем формируется на основе опыта эксплуатации подобных машин, анализа грузопотоков или результатов наблюдений. Если нет данных для обоснованного назначения схем, то в запас надежности может быть использована одна или несколько схем, при которых в расчетной зоне возникает наибольший размах напряжений.

Реализация типовой схемы рабочего цикла с определенным грузом представляет собой модель рабочего цикла крана и называется характерным технологическим циклом (ХТЦ). Таким образом, l ступеней гистограммы грузов и К типовых схем циклов образуют J штук ХТЦ. Если все типовые схемы реализуются со всеми грузами, то J = IK. Если особые нагрузки создают размахи напряжений в расчетной зоне существенно превышающие размахи от комбинаций нагрузок групп А и В, то для их учета могут быть дополнительно созданы один или несколько ХТЦ. Для каждого ХТЦ устанавливается частота , его реализации в процессе эксплуатации машины. Это значит, что j-ый ХТЦ в течение срока службы повторяется раз. При этом должно быть и, соответственно, .

И.2 Моделирование эксплуатационного нагружения конструкции

В соответствии со структурой каждого ХТЦ последовательно рассчитываются значения номинальных напряжений, возникающих в расчетной зоне при тех комбинациях нагрузок, которые соответствуют движениям, выполняемым краном. При этом определяются не только максимальные, но и минимальные напряжения (рисунок И.2). Для этого следует анализировать также "холостую" часть цикла работы крана, где возможны большие углы отклонения канатов или повышенные ускорения при пусках и торможениях.

Рисунок И.2 - Примеры графиков изменения напряжений в расчетной зоне при выполнении краном нескольких ХТЦ

И.3 Схематизация циклического нагружения

График изменения напряжений в пределах одного ХТЦ схематизируется методом полных циклов. Возможно использование метода "потоков дождя" ("rain flow") с корректировкой последующих формул с учетом того, что в этом случае выделяются полуциклы.

Для каждого ХТЦ определяется наибольший размах напряжений и находится максимальный размах напряжений как . Для расчета углового шва на срез для каждого ХТЦ вычисляется и .

Для каждого ХТЦ вычисляется коэффициент циклического нагружения

,

(И.1)

где - количество циклов нагружения с размахом , выявленных при схематизации.

При суммировании учитываются все циклы с размахом напряжений или , превышающие порог усталостного повреждения или (рисунок 15, б). Здесь и - предел неограниченной выносливости, соответствующий горизонтальному участку усталостной кривой, который вычисляется на базе циклов циклов как (рисунок 15)

(И.2)

Для ездовых балок при расчете по местным напряжениям коэффициент цик