Моделирование остаточных напряжений в арочном тонкостенном прокате трапециевидного сечения

Результаты расчетов показали, что при среднем диаметре частиц СОМ в 35 мкм, фракционный КПД составляет 99,89 %.

Разработанная методика расчета параметров ЛНЗР частиц сухого молока позволила оценить эффективность процесса пылеулавливания частиц сухого обезжиренного молока в циклонных аппаратах распылительной сушильной установки «ВРА-4», широко применяемых в молочной промышленности.

Библиографический список

1. Коузов, П. А. Основы анализа дисперсного состава промышленных пылей и измельченных материалов / П. А Коузов. — Л. : Химия, 1987. — 264 с.

2. Липатов, Н. Н. Сухое молоко: теория и практика /

Н. Н. Липатов, В. Д. Харитонов. — М. : Пищевая промышленность, 1981. — 264 с.

3. Лисин, П. А. Циклонная очистка воздуха в молочной промышленности: теория и практика / П. А. Лисин, В. Л. Иванов, А. П. Мусатенко. — Омск : Изд-во ОмГАУ, 2000. — 78 с.

4. Штокман, Е. А. Очистка воздуха от пыли на предприятиях пищевой промышленности / Е. А. Штокман. — М. : Пищевая промышленность, 1989. — 308 с.

ЛИСИН Пётр Александрович, доктор технических наук, профессор кафедры «Технология и оборудование пищевых производств» Омского государственного аграрного университета им. П. А. Столыпина. МАРТЕМЬЯНОВ Денис Борисович, старший преподаватель кафедры «Метрология и приборостроение» Омского государственного технического университета.

Адрес для переписки: den-79-03@yandex.ru

Статья поступила в редакцию 03.10.2013 г.

© П. А. Лисин, Д. Б. Мартемьянов

УДК 624.042 С. А. МАКЕЕВ

Д. М. КОЛМАКОВ

Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия,

г. Омск

МОДЕЛИРОВАНИЕ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ В АРОЧНОМ ТОНКОСТЕННОМ ПРОКАТЕ ТРАПЕЦИЕВИДНОГО СЕЧЕНИЯ______________________________________________

Предложена методика определения остаточного радиуса, остаточных технологических напряжений арочного тонкостенного проката.

Ключевые слова: остаточные напряжения, остаточный радиус, технологический радиус, арочные бескаркасные покрытия из профилированных листов.

Введение. Создание легких и прочных покрытий зданий и сооружений является актуальной задачей. Активно используются металлические арочные бескаркасные покрытия из холодногнутых тонкостенных профилированных листов [1—4] (рис. 1, 2). При этом обеспечивается создание более эффективных бескаркасных конструкций, не ограниченных длиной выпускаемых профилированных листов, с возможностью создания новых архитектурно выразительных форм.

В настоящее время расчет на прочность и местную устойчивость арочного тонкостенного проката трапециевидного сечения в составе цилиндрических бескаркасных покрытий проводят без учета остаточных технологических напряжений радиусного гиба в профиле [1, 2].

Остаточные напряжения возникают на стадии изготовления арочных заготовок и обусловлены технологическим процессом прокатного гиба из плоских профилированных листов в арочные в холодном состоянии без последующей термообработки [5].

Рис. 1. Арочный тонкостенный профилированный лист

В работе представлены результаты численного моделирования процесса радиусного гиба плоских профилированных листов с получением арочных заготовок с учетом физической нелинейности стали. В результате для заданных остаточного радиуса и геометрии арочного профиля [4] производится количественная оценка распределения остаточных напряжений по высоте сечения профиля.

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №1 (127) 2014 НОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ

МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (127) 2014

70

%

Рис. 2. Пример арочного бескаркасного покрытия спортивного комплекса

Постановка задач исследования. При разработке проекта цилиндрического бескаркасного покрытия применяют арочный тонкостенный прокат трапециевидного сечения заданного радиуса Ясст (рис. 3) [4]. Это значит, что при производстве проката необходимо задать параметры технологического оборудования В, Д, обеспечивающие получение Я после про' ' ^ ост *

ката. Проектировщику покрытия при проведении статического расчета необходимо знать распределение остаточных технологических напряжений радиусного гиба по высоте сечения профиля ог(у) для учета этих напряжений при расчете профиля на прочность и местную устойчивость.

Исходя из вышеизложенного, задачи исследования сводятся к назначению параметров технологического оборудования В и Д, обеспечивающих получение требуемого остаточного радиуса конечной арочной заготовки Я , и оценке остаточных напря-

ост

жений после проката.

Численное моделирование продольного гиба. Численное моделирование технологического процесса

Рис. 3. Схема технологического процесса радиусного гиба профиля и вид на роликовые кассеты

-350 -280 -210 -140 -70 0 70 140 210 280 350

напряжения <т2(у), МПа

Рис. 4. Распределение технологических и остаточных напряжений по высоте сечения профиля

О 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 0.11 0.12 0.13 0.14 0.15 0.16

Деформация

Рис. 5. Диаграмма растяжения стали

і у

радиусного гиба плоского профиля с учетом нелинейности стали проводится в две последовательные стадии [6]:

I стадия — нагружение консольного отрезка плоского профиля заданой ширины в режиме поперечного изгиба до достижения технологического радиуса Ятех с получением распределения нормаль-

ных напряжений гиба по высоте сечения профиля (рис. 4);

II стадия — полная разгрузка с получением остаточного радиуса Яост и распределения остаточных напряжений гиба по высоте сечения профиля (рис. 4).

Предложенный двухстадийный процесс численного моделирования реализован для профиля НС-60

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (127) 2014 МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ

МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (127) 2014

Рис. S. Численная модель продольного гиба

с толщиной листа 1 мм [4] в программном пакете Nastran [6]. Ширина профильных заготовок в расчете принята 1055 мм. При введении характеристик стали использовалась билинейная диаграмма растяжения прокатной стали 08Ю, представленная на (рис. 5) (предел текучести о02 = 260 МПа, расчетное сопротивление Ry=252 МПа, модуль нормальной упругости £=2,06Е + 5 МПа, условный касательный модуль Et= tga = 800 МПа) [ 7].

Процесс нагружения и разгрузки в Nastran выполнялся в режиме Nonlinear Static с автоматическим пошаговым приращением нагрузки. Иллюстрация процесса деформирования верхних полок в очаге максимальных деформаций представлена на рис. 6. В процессе нагружения на каждом шаге фиксировалось распределение нормальных напряжений по высоте сечения.

Для моделирования в программном комплексе Nastran использовалась расчетная схема поперечного изгиба плоской профилированной заготовки, соответствующая приложению нагрузок в технологическом оборудовании при прокате (рис. 3 — 8).

B — расстояние между осями кассет;

Rmex — технологический радиус продольного гиба;

R<>cm — остаточный радиус продольного гиба;

Д — величина прогиба при максимальной на-

тех * it

грузке;

Дост — величина прогиба при разгрузке.

Относительное смещение Д кассет прокатного оборудования таково (рис. 3), что при прохождении средней кассеты роликов возникающие в элементах плоской заготовки профиля максимальные напряжения в сечении профиля превышают предел текучести примененной листовой стали. При этом материал профиля входит в зону пластических деформаций, охватывающих частично верхние (растяжение) и нижние (сжатие) участки сечения [5]. На этой стадии, соответствующей I стадии моделирования, заготовка принимает технологический радиус гиба Rmex, зависящий от геометрии элементов оборудования В и Д. При выходе из зоны проката (II стадия разгрузки), за счет наличия упругих свойств стали, заготовка несколько распрямляется, оставаясь при этом арочной, постоянного остаточного радиуса R ост, при этом R >R .

* ост тех

В табл. 1 представлены результаты моделирования. Приведены значения максимальной нагрузки (Ртах) до образования пластических деформаций

Таблица 1

Результаты численного моделирования радиусного гиба при изменении нагрузки Р, для профиля НС 60 о = 1 мм

Показатели N astran

Р (max) 7000 Н

Д (тех) 0,0352 м

R ( тех) 7,793 м

о ( тех) 2б1 МПа

Р (min) 0,001 Н

Д (ост) 0,0243 м

R ( ост) 8, 744 м

о ( ост) -85 МПа

Р (max) 7500 Н

Д (тех) 0,0377 м

R (тех) 7,233 м

о ( тех) 2б3 МПа

Р (min) 0,001 Н

Д (ост) 0,02б5 м

R ( ост) 7, 854 м

о ( ост) -95 МПа

Р (max) 8000 Н

Д (тех) 0,0402 м

R ( тех) б,500 м

о ( тех) 2б4 МПа

Р (min) 0,001 Н

Д (ост) 0,027б м

R ( ост) 7,150 м

о ( ост) - 105 МПа

в элементах сечения, полной разгрузки

(отрицательный знак напряжений показывает, что они сжимающие).

Выводы.

1. Разработана и апробирована конечно-элементная модель технологического процесса радиусного гиба плоских профилированных холодногнутых заготовок трапециевидного сечения в арочные с определением остаточного радиуса и распределения остаточных напряжений по высоте сечения.

2. Численные значения распределения остаточных технологических напряжений по высоте сечения арочных профилей позволит проводить уточненные расчеты несущей способности данных профилей в составе строительных конструкций, например, бескаркасных цилиндрических сводов-оболочек на стадии проектирования.

3. Данные о распределении остаточных технологических напряжениях арочных прокатных профилей для практического диапазона радиусов цилиндрических строительных конструкций должны быть включены в параметры сортамента арочных профилей наравне с геометрическими характеристиками.

Библиографический список

1. Макеев, С. А. Математическая модель бескаркасного двухслойного арочного свода из холодногнутых тонколистовых стальных профилей / С. А. Макеев, А. В. Рудак / Строительная механика и расчет сооружений. — 2009. — № 2. — С. 2 — 6.

2. Пат. 105642 Российская Федерация, МПК7 Н 04 В 1/38, Н 04 3 13/00. Бескаркасный двухслойный цилиндрический свод / Макеев С. А., Кузьмин Д. А.; заявитель и патентообладатель Сибирская гос. автомобильно-дорожная акад. — № 2010150092; опубл. 20.06.11.

3. Афанасьев, Ю. В. Большепролетные покрытия на основе арочных несущих балок составного сотового сечения / Ю. В. Афанасьев, С. А. Макеев, Л. В. Красотина // Строительная механика и расчет сооружений. — 2008. — № 3. — С. 16 — 20.

4. ТУ 112-235-39124899-2005. Профили стальные гнутые арочные с трапециевидными гофрами. — Новосибирск : Сиб-НИИстрой, 2005. - 18 с.

5. Макеев, С. А. Расчет остаточных технологических напряжений продольного гиба в арочном прокате трапециевидного сечения / С. А. Макеев, Д. М. Колмаков / Расчет и проектирование металлических конструкций — М. : ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет», 2013. — С. 90 — 94.

6. Шимкович, А. Г. Бешар & Ка81гап Инженерный анализ методом конечных элементов : справ. пособие / А. Г. Шимкович. — М. : ДМК, 2008. — 696 с.

7. Филимонов, А. И. Диаграмма растяжения рулонной стали 08Ю производства Липецкого металлургического комбината. Развитие дорожно-транспортного комплекса и строительной инфраструктуры на основе рационального природопользования / А. И. Филимонов, С. М. Шмонденко // Материалы IV Всерос. науч.-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых. — Омск : СибАДИ, 2009. — Кн. 3. — С. 101 — 104.

МАКЕЕВ Сергей Александрович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Строительные конструкции».

КОЛМАКОВ Даниил Михайлович, аспирант кафедры «Строительные конструкции».

Адрес для переписки: шакееу608079@шаД.ш

Статья поступила в редакцию 20.11.2013 г.

© С. А. Макеев, Д. М. Колмаков

Информация

Всероссийский конкурс молодых ученых-2014

Российская академия наук, Министерство обороны РФ, Министерство промышленности и торговли РФ, Федеральное космическое агентство, Министерство образования и науки РФ, Высшая аттестационная комиссия и Межрегиональный совет по науке и технологиям проводят 14—16 октября 2014 года в г. Миассе Челябинской обл. VI Всероссийский конкурс молодых ученых, посвященный 90-летию со дня рождения академика В. П. Макеева.

В программе конкурса:

1. Фундаментальные и прикладные проблемы науки;

2. Наука и технологии;

3. Новые технологии;

4. Механика и процессы управления.

Участники конкурса: аспиранты, докторанты, соискатели ученой степени кандидата и доктора наук.

Заявки на участие в конкурсе и рукописи научных статей просьба представить в МСНТ в срок до 30 июня 2014 г.

В результате рассмотрения представленных рукописей научных статей, изданных в сборнике научных трудов «Итоги диссертационных исследований», МСНТ:

— отбирает 4 лучших статьи и объявляет имена победителей конкурса;

— награждает победителей конкурса дипломами лауреата VI Всероссийского конкурса молодых ученых и оказывает им финансовую поддержку по изданию монографий, научных обзоров и руководящих технических материалов по профилю выполняемых диссертаций;

— высылает участникам конкурса авторские экземпляры сборника научных трудов; по просьбе авторов научных статей представляет заключения о признании полученных научных результатов в качестве основы для подготовки и последующей защиты кандидатских и докторских диссертаций.

МСНТ напоминает, что в соответствии с Постановлением Правительства РФ № 475 от 20 июня 2011 г. (п. 10) материалы VI Всероссийского конкурса молодых ученых засчитываются ВАК при защите диссертаций.

Подробная информация на сайте Межрегионального совета по науке и технологиям: http://www.msnt. pp.ru/konk.html

Источник: http://www.rsci.ru/grants/grant_news/284/235826.php

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 1 (127) 2014 МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ