ОБОСНОВАНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИИ ПЛАВУЧИХ КРАНОВ ПО ИХ ФАКТИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАГРУЖЕННОСТИ Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 621.01

А.С. Яблоков, к.т.н., доцент ФГБОУВО «ВГУВТ» А.И. Волков, аспирант, ФГБОУ ВО «ВГУВТ» 603950, г. Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5

Д.Н. Шишулин, к.т.н., доцент ФГБОУ ВО «НГТУ им. Р.Е. Алексеева» 603950, г. Нижний Новгород, ул. Минина, 24

ОБОСНОВАНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИИ ПЛАВУЧИХ КРАНОВ ПО ИХ ФАКТИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАГРУЖЕННОСТИ

Ключевые слова: механика поврежденной среды, плавучий кран, металлоконструкции, прочность, ресурс, напряженно-деформированное состояние, усталостная долговечность.

В статье приведена проблематика прогнозирования ресурса металлоконструкции плавучих кранов по эксплуатационной фактической нагруженности. Для определения наработанного и оценки возможного остаточного ресурса крана на основании уравнений механики поврежденной среды выполнен анализ напряженно-деформированного состояния металлоконструкции стрелы и каркаса плавучего крана грузоподъемностью 5 тонн и максимальным вылетом 30 метров, а также выполнена оценка его усталостной долговечности и прогноз остаточного ресурса. Полученный результат способствует научно-обоснованно решить задачу продления ресурса плавучих кранов отработавших проектируемый нормативный срок эксплуатации.

1. Введение

Значительно увеличиваются требования к надежности и длительности безаварийной эксплуатации как конструкций в целом, так и отдельных её элементов. Последние тенденции развития конструкций и аппаратов машиностроения описываются уменьшением удельного веса металла в единице продукции за счет оптимального проектирования и использования высокопрочных материалов, эксплуатация которых связана с увеличением общей и местной напряженностью конструктивных элементов и уменьшением коэффициентов запаса прочности. Приведенные тенденции привели к тому, что актуальнейшей задачей современной науки и техники продолжает оставаться задача адекватной оценки технического и эксплуатационного ресурса конструкций, диагностики отработанного и прогноза остаточного ресурса в процессе эксплуатации объекта.

Ни одна из предпринятых попыток количественно и качественно увязать повреждение с изменением измеримого физического параметра в общем случае не позволяет получить результаты, которые могли бы быть использованы в практических расчетах. Повреждение, зарождение дефектов и окончательное разрушение конструкций в основном обусловлено зарождением микродефектов, их ростом и слиянием в макроскопические трещины.

Поэтому в последнее время развивается другой подход, основанный на введении макроскопического параметра, характеризующего на макроуровне степень повреж-денности материала. В общем случае, это должен быть тензор второго Юу или более высокого ранга, зависящий от истории напряженно-деформированного состояния. Однако, ввиду отсутствия в настоящее время необходимой экспериментальной информации, в качестве меры поврежденности в большинстве случаев выбирают скалярный параметр ю, изменяющийся от начального состояния соответствующего не поврежденному материалу, до предельной величины Ю/ соответствующей образо-

ванию в данном объеме материала макроскопической трещины определенных размеров.

Настоящая работа посвящена применению методов и уравнений МПС для оценки прочности и ресурса металлоконструкций плавучих кранов по их фактической эксплуатационной нагруженности и разработке на их базе специальных алгоритмов для оценки остаточного ресурса и продления срока службы кранов за нормативный срок.

2. Модель повреждённой среды для оценки усталостной долговечности опасных зон металлоконструкций плавучих кранов

Анализ статистики эксплуатации плавучих кранов показывает, что свыше 80% всех разрушений, в том числе и металлоконструкций грузоподъемных кранов, имеют причину в виде усталостных дефектов. Поэтому определение предельных состояний материалов и конструкций, работающих в условиях циклического нагружения, с учетом технологии изготовления, конструкционных и эксплуатационных факторов, является одной из актуальных задач современного машиностроения.

Многолетние экспериментальные и теоретические исследования усталостных дефектов и деформаций позволили сделать вывод, что усталость занимает две области циклического нагружения.

Одна из указанных областей - циклическое нагружение. Эта область характеризуется небольшим числом циклов N до усталостного разрушения N < 104) и реализуется в элементах конструкций в зонах высоких температур и конструктивной концентрации напряжений при номинальных допускаемых напряжениях 0,5^0,8 а Т (предела текучести) материала. Процесс малоцикловой усталости (МЦУ) сопровождается циклическим упрочнением (или разупрочнением) материала и нелинейной зависимостью «напряжение-деформация» при циклическом деформировании. Малоцикловая усталость в значительной мере зависит от циклических свойств конструкционного материала и истории нагружения.

Другая область - циклического нагружения, при котором макроскопическая деформация во время каждого цикла принимается упругой, а пластическими деформациями пренебрегают. Для этой области характерны малые нагрузки и большие долговечности (^ > 105). Эта область называется многоцикловой усталостью (МнЦУ). Именно макроскопическая циклическая деформация позволяет отличить малоцикловую усталость от многоцикловой.

В области долговечностей N = 104^105 циклов одновременно действуют оба механизма деградации начальных прочностных свойств материала.

Модель повреждённой среды [2], для оценки усталостной долговечности материалов металлоконструкций, состоит из трёх взаимосвязанных частей:

- соотношений, устанавливающих связь между тензорами напряжений и деформаций с учётом зависимости от процесса разрушения;

- эволюционных уравнений, характеризующих кинетические накопления усталостных дефектов;

- комплекс критериев прочности поврежденного (имеющего усталостные дефекты) материала и конструкции, зависящие от многих факторов.

а) Определяющие соотношения.

В упругой области (до достижения предела пропорциональности и текучести) функция между шаровыми и девиаторными элементами тензоров деформаций и напряжений устанавливается с помощью закона Гука:

а = 3Ке, а. = 2Gе; (1)

Да = ЭКАе + АКа/К , Да!. = 2вАе'.. + АОа[ /в

здесь a, Aa,e, Ae - шаровые, а ст' Aa'e' Ae'. - девиаторные составляющие тен-

7 7 7 V V V V

зоров напряжений Сту, деформаций ву и их приращений Aaj, Aej соответственно;

K (и) - модуль объёмного сжатия;

G (га) - модуль сдвига (функция накопленной повреждённости и);

б) Эволюционные уравнения накопления усталостных повреждений (МнЦУ).

Математическая модель повреждённой среды при действии механизма многоцикловой усталости основывается на критерии, экспериментально обоснованном для большого класса конструкционных сталей [6]:

AWo = AWe[1 - f ( j)], J = ^ , AWe = aAe'/2 , (2)

где Сти = (aj CTj )12 - интенсивность тензора напряжений, Aeu = (e'y ej )^2 - приращение интенсивности упругих деформаций, ay - интенсивность тензора напряжений, соответствующая условному пределу выносливости материала, A W0 - опасная часть полной удельной энергии упругого деформирования AWe;

AWe - девиаторная часть удельной энергии упругого деформирования;

AWH = AWe • f(у) - неопасная часть удельной энергии AWe на этапе нагружения.

Функция f ( j) характеризует степень влияния механизма многоцикловой усталости на кривую усталости. Данную функцию можно представить в виде:

1 при j <1

f(j) Hi - b' (-j-1)" при j =, 1 < j < j* . (3)

j*-1

* * 1 - b при j > j

Экспериментальный и теоретический анализ процессов повреждённости материала позволяет представить эволюционное уравнение накопления усталостных повреждений в общем виде [7]:

о +1

A®=-- f (Р)z° (1 - ©)r Az, (4)

r +1

z = !>* , Az( =AWf [1 -f(j )], (5)

где а и r - материальные параметры; We = ^ AWei; Wef - критическое значение опасной энергии.

в) Критерий прочности повреждённого материала.

При рассмотрении окончания фазы развития рассеянных по нагруженной конструкции микроповреждений (стадии образования макротрещины) принимается условие достижения величиной повреждённости своего критического значения:

И = И f < 1 . (6)

3. Оценка прочности и ресурса металлоконструкций плавучих кранов по их эксплуатационной нагруженности

В настоящее время 98% плавучих кранов, эксплуатируемых на внутренних водных путях Российской федерации отработали нормативный срок эксплуатации и нуждаются в периодическом техническом освидетельствовании специализированных организаций. Проблема особенно актуальна, так как с одной стороны, парк грузоподъемных машин практически полностью выработал свой заявленный эксплуатационный ресурс (по данным Ростехнадзора до 80% грузоподъемных кранов и подъемников (вышек), а по данным Российского Речного Регистра более 90% плавучих кранов выработали нормативный срок службы), а с другой стороны, у эксплуатантов плавучих подъемных сооружений нет заявленной финансовой возможности для обновления парка плавучих кранов, их замены или модернизации, замены изношенных узлов.

Основными причинами многих аварий плавучих кранов являются отказы или повреждения, а также разрушения отдельных узлов несущих металлоконструкций из-за некачественного производства, неквалифицированного монтажа, а также нарушения заявленного режима работы подъемного сооружения и несвоевременного или неудовлетворительного проведения технического обслуживания, диагностирования, технического освидетельствования. Кроме того, одной из усугубляющих причин аварий подъемных сооружений является несоблюдение утвержденных графиков планово-предупредительного ремонта, правил безопасности и инструкций при эксплуатации подъемных сооружений [3].

Конструктивные недостатки на этапе проектирования, низкое качество сварных соединений, допущенное при ремонте, монтаже и изготовлении подъемного сооружения, неудовлетворительное качество стали, применяемое при ремонте и изготовлении ответственных металлоконструкций кранов - основные причины повреждений и разрушения элементов и узлов металлоконструкций плавучих кранов.

В настоящее время, большая часть плавучих кранов, эксплуатируемых на внутренних водных путях Российской федерации, отработали нормативный срок эксплуатации и нуждаются в периодическом техническом освидетельствовании специализированных организаций. В процессе освидетельствования выполняется [4]:

- расчет достигнутой группы классификации (режима) по спектру нагружения:

- расчет остаточного ресурса по достигнутой группе классификации (режима).

Указанный расчет остаточного ресурса проводится по приближенным методикам,

берущим в основу статическое нагружение и одноосное напряженное состояние и расчет ресурса по усталостной кривой материала - В СтЗсп ГОСТ 380-2005 (рис. 1), что не отображает реальную картину эксплуатации плавучего крана в натурных условиях и не позволяет объективно оценить:

Рис. 1

- количество циклов до разрушения при условии сохранения существующего режима нагружения; 84

- возможное дополнительное число рабочих циклов при проектном коэффициенте распределения нагрузок;

- возможное дополнительное число рабочих циклов при условии нагружений ГПМ нагрузками, близкими к номинальным значениям.

Стандартные методы прогнозирования усталостной долговечности при помощи полуэмпирических формул, полученные на постоянном анализе процесса деформирования и связывающие параметры петель гистерезиса с количеством циклов до разрушения, требуют большого количества экспериментальной информации и справедливы только для узкого класса эксплуатационных режимов нагружения в пределах имеющейся базовой экспериментальной информации по возможному характеру использования и нагружения металлоконструкции. Поэтому в последнее время развивается другой подход, основанный на введении макроскопического параметра, характеризующего на макроуровне степень поврежденности материала. В общем случае, это должен быть тензор второго Юу или более высокого ранга, зависящий от истории напряженно-деформированного состояния. Однако, ввиду отсутствия в настоящее время необходимой экспериментальной информации, в качестве меры поврежденности в большинстве случаев выбирают скалярный параметр ю, изменяющийся от начального состояния ю0, соответствующего неповрежденному материалу, до предельной величины Ю/, соответствующей образованию в данном объеме материала макроскопической трещины определенных размеров.

Оценка выработанного ресурса и прогноз остаточного ресурса сложных инженерных объектов, к каким, в частности, относится металлоконструкции крана, в реалистических условиях эксплуатации диктует высокие требования к характеристикам ЭВМ и к качеству программного обеспечения численного моделирования процессов усталостной долговечности. Это, в частности, гарантированная точность расчетов НДС материала с учетом сопутствующих нелинейных эффектов (пластичность, по-врежденность материала и др.), моделирование всего временного интервала стацио-нирования параметров циклического деформирования, а в отдельных случаях даже просчеты всего жизненного цикла объекта.

Принципиально важным является радикальное повышение точности расчета напряжений в районе концентраторов (сварных швов, коррозии, точках смены типа граничных условий и в других особых случаях).

Чтобы решить столь сложную проблему, необходим высокий технико-вычислительный потенциал. В настоящее время поставленных целей достигают реализацией серии взаимосвязанных расчетов меньшего уровня сложности: трехмерного упругого расчета, двухмерного упругопластического расчета, расчета отдельных элементов и оценка их усталостной долговечности.

Цель упругого расчета НДС в трехмерной постановке - дать общее представление о характере деформирования объекта, оценить важные с точки зрения расчета параметры аппроксимации и выявить места, критические с точки зрения долговечности.

Целью расчета НДС в двухмерной постановке с учетом нелинейного характера поведения материала является детальное численное моделирование связанных процессов деформирования и поврежденности в выделенных критических зонах рассматриваемого узла. При этом большая часть конструкции не рассматривается, а ее влияние на нелинейную зону учитывается через граничную зону или конденсацию «лишних» степеней свободы.

Цель расчёта отдельных элементов - провести оценку усталостной долговечности опасных зон элементов и узлов несущих конструкций и определить остаточный ресурс.

Для оценки возможности практического использования метода математического моделирования исчерпания ресурса, с использованием определяющих соотношений НДС, был проведен расчет металлоконструкции плавучего крана КПЛ 5-30 (зав. №2040), изготовленного в 1974 заводом «Теплоход» г. Бор. К настоящему времени плавучим краном было совершено 902 467 циклов и перегружено 2 256 168 тонн (по

данным организации-эксплуатанта). Материал металлоконструкции крана СтЗкп. Определение НДС каркаса выполнено в зависимости от положения стреловой системы (стрела, хобот, оттяжка, подвижный противовес) для 3-х случаев вылета: максимальный вылет стрелы - 30 метров, средний вылет - 15 метров, минимальный вылет -8 метров. Расчетные исследования выполнены как для статического, так и для динамического типа приложения нагрузок (резкая остановка механизма поворота при плавном подъеме груза).

Скорость подъема груза иПОД = 1,2 м/с, максимально поднимаемый вес груза

F = 61740 Н. Для общего представления о характере деформирования металлоконструкции и вычисления местоположения узлов, критических с точки зрения долговечности, на первом этапе был проведен упругий расчет по (КЭ) программе [13]. Физико-механические характеристики Ст3 были приняты следующими [14, 15]: модуль

упругости Юнга E = 1,94 х 105 МПа; коэффициент Пуассона V = 0,28 ; предел текучести <Т = 230 МПа; плотность р = 7850 кг/м3.

Исходя из сортаментов используемых профилей, идеализация конструкции на конечные элементы проводилась с использованием балочного конечного элемента, который является трехмерным симметричным в поперечном сечении. При моделировании металлоконструкции данным типом конечного элемента в качестве реальных констант использовались стандартные геометрические характеристики профилей: площадь поперечного сечения балки, моменты инерции относительно двух осей (в поперечном сечении), высота поперечного сечения, ширина поперечного сечения.

Результаты расчета НДС для металлоконструкции стрелы представлены на рис. 2.

Рис. 2

Определим положение стрелы, при котором напряжения, возникающие в металлоконструкции стрелы наибольшие - максимальный вылет стрелы, узел с наибольшими эквивалентными напряжениями представлен на рис 3.

Для моделирования исчерпания ресурса выделим наиболее нагруженный участок стрелы и проанализируем характеристику изменения напряжений и деформаций. Для этого определим действующие усилия в панели, стойках и раскосах указанного узла (рис. 4).

Рис. 3

Рис. 4

Смоделируем узел в пакете Компас 3D и сформируем сетку конечных элементов (рис. 5).

Рис. 5

Расчет напряжений, действующих в панели стрелы, и возникающие деформации произведен в программе «Structure CAD» пакета «Scad Office v.11» как для трёхмерной твердотельной модели с помощью 8, 10, 20 - узловых конечных элементов из материала с изопараметрическими свойствами для симметричной конструкции относительно продольной оси. Результаты расчёта приведены на рис. 6.

а) эквивалентные напряжения б) суммарные деформации

Рис. 6

Как видно, наибольшие эквивалентные напряжения, возникающие в панели стрелы, составляют 120 МПа (область многоцикловой усталости). Для расчета наиболее нагруженного узла стреловой системы выполним оценку НДС каркаса машинного отделения - узел опирания стрелы и подвижного противовеса.

Каркас проектировался в натуральную величину с учетом заданных характеристик прочности металлоконструкции и общей прочности модели и его геометрических размеров. Учитывая большую сложность моделирования сварного соединения каждого раскоса (стойки) было заменено на абсолютно жесткое (аналог сварного соединения). Моделирование опор каркаса выполнялось в накладывании граничных условий, исключающие перемещение этих узлов во всех направлениях. Также исключался поворот в этих узлах. Анализируя элементы сортамента, используемые для изготовления элементов конструкции каркаса машинного отделения, разбиение конструкции на конечные элементы выполнено с использованием балочного конечного элемента, являющегося объемным и симметричным в поперечном сечении. При моделировании металлоконструкции данным типом конечного элемента в качестве реальных констант использовались стандартные геометрические характеристики профилей: площадь поперечного сечения балки, моменты инерции относительно двух

осей (в поперечном сечении), высота поперечного сечения, ширина поперечного сечения. Расчетные исследования выполнены как для статического, так и для динамического типа приложения нагрузок (резка остановка механизма поворота при плавном подъеме груза). Схема каркаса с указанием геометрических характеристик и используемого сортамента профилей представлена на рис. 7. Скорость подъема груза иПод = 1,2 м/с, максимально поднимаемый вес груза F = 61740 Н. Для анализа

необходимых тензоров деформаций и напряжений наиболее нагруженных узлов каркаса, представления о характере деформирования каркаса и определения расположения «опасных» узлов, критических с точки зрения долговечности, был выполнен расчет в упругой зоне по модулю расчета в конечно-элементной среде [13]. Для выполнения расчета была построена трехмерная модель каркаса машинного отделения в программе «Компас 3D» (рис. 7, а).

а) б)

Рис. 7

Указанная модель была разбита на 8, 10, 20 - узловые конечные элементы из материала с изопараметрическими свойствами для симметричной конструкции относительно продольной оси в программе «Structure CAD» из пакета «SCAD Office v.11» (рис. 7, б).

Нагрузка, приходящаяся на основание подвижного противовеса:

F = £[Rz 0 'Rx0 ] = 89645 [кН]. (7)

4

Принимаем, что действующая сила распределена по площади основания поверхности качения подвижного противовеса, где площадь основания равна:

Snn = 37700 [мм2]. (8)

Соответственно, величина распределенного давления составляет:

F 89645

рпп = ^ =-89645 6 = 140409751 [Па]. (9)

Snn 37700 х 10~6

Нагрузка, приходящаяся на основание пяты стрелы:

R 74 98

FC = Rc = = 37,49 [кН]. (10)

Принимаем, что действующая сила распределена по площади основания пяты стрелы, где площадь основания равна:

SC = 201062 [мм2]. (11)

Соответственно, величина распределенного давления составляет:

FC 37490 ло^лспп

pC = — =-- = 1864599 [Па]. (12)

SC 20106,2 х 10

Задание нагрузки производилось путем приложения распределенной нагрузки F = 3091,2 КПа на узлы опирания подвижного противовеса.

Расчет нагрузки, приходящийся на каркас произведен в программе «Structure CAD» пакета «Scad Office v.11» как для трёхмерной твердотельной модели с помощью 8, 10, 20 - узловых конечных элементов из материала с изопараметрическими свойствами для симметричной конструкции относительно продольной оси. Результаты расчёта приведены на рис. 8. Был выбран номинальный режим работы крана, соответствующий максимально допускаемой грузоподъемности - 5 тонн, предельной ветровой нагрузке рабочего состояния - скорость ветра 15 м/с, максимальной инерционной нагрузке и максимальному крену понтона - 3°.

а) эквивалентные напряжения б) суммарные деформации

Рис. 8

Проанализировав результаты расчета, определим наибольшее эквивалентное напряжение, составляющее 149 МПа и выделим 2 наиболее нагруженных узла каркаса (рис. 9, а, б).

а) б)

Рис. 9

Тензор напряжений и деформаций для узлов А и Б соответственно имеет вид:

Узел А:

Г е е 11 е12 е }

(еу) = е21 е22 е23

V е31 е32 е33)

(

0,8 х 103 0,227 х 100,112 х 10-

Узел Б:

(е„) =

е12 е13 ^ Г 5,56 х 10-

V ез1

е32 ^ЗЗ )

0 0

0,227 х 100,426 х 100,29 х 10-3

0

2,87 х 10-4 0

0,112 х 10-3 ^ 0,29 х 10-3 0,484 х 10-

(13)

4,54 х 10-

(14)

Полненные значения эквивалентных напряжений составляют 150 МПа, что для металлоконструкции каркаса больше значений эквивалентных напряжений панели стрелы, поэтому для оценки усталостной долговечности крана в целом в дальнейшем расчете необходимо рассмотреть металлоконструкцию каркаса плавучего крана, узлы А, Б (рис. 9).

Для оценки усталостной долговечности крана и анализа процесса накопления усталостных повреждений в наиболее нагруженной зоне (рис. 10, а) выделим объем материала в этой зоне и с помощью программы «EXPMODEL» разработанного на кафедре ПМ и ПТМ ФГБОУ ВО ВГУВТ проведем анализ процесса накопления повреждения в указанном объеме материала по заданной истории его нагружения - изменение тензора деформаций (е11, е22, е33, е12, е23, е31), полненных из решения краевых задач (см. (2)). Расчеты получены при задании следующих математических параметров, определяющих соотношения:

Ь = 0,3; у = 3,75; т = 5 ; оу = 61,5 МПа ; Wf = 5050 МДж/м2.

3

3

4

4

е

11

е

е22 е23

3

а)

У

- -г А

—,—ГГ 1ШШ ишк

б)

:. 10

Используя специализированное программное обеспечение кафедры ПМ и ПТМ ВГУВТ (ПК «EXPMODEL») был произведен расчет усталостной долговечности крана. На рис. 10, а приведена зависимость энергии, идущей на образование повреждений от числа циклов нагружения, а на рис. 10, б зависимость величины поврежденно-сти ю от числа циклов нагружения. Видно, что несмотря на то, что зависимость энергии от числа циклов нагружения носит линейный характер зависимость величины поврежденности ю от числа циклов нагружения носит экспоненциальный характер. На рис. 10, б видно, что за время эксплуатации кран отработал 908325 циклов нагружения, а накопленная поврежденность при этом составляет ю =0,275. Эксперимен-

тальные исследования критической поврежденности для конструкционных сталей показали, что образование макроскопической трещины происходит при уровне поврежденности со^ « 0,8 (что соотвествует N^ = 1500000 циклов). В экспериментах

[14] показано, что в зависимости от свойств материала и условий нагружения образование макроскопической трещины может произойти и при меньшем уровне поврежденности: 0,2< ю <0,8. Так как для конструкционных сталей значение со ^ « 0,8, то

эксплуатация крана в паспортном режиме допускается с проведением ежегодной экспертизы промышленной безопасности, с применением неразрушающих методов контроля несущих узлов металлоконструкции стрелового устройства. Таким образом, учитывая характерный режим нагружения металлоконструкции плавучего крана срок эксплуатации плавучего крана (продленный ресурс) может быть увеличен на 15 лет.

4. Заключение

1. В статье приведен вариант математической модели механики поврежденной среды, полученной в работах Ю.Г. Коротких для расчета усталостной долговечности конструкций по механизму деградации многоцикловой усталости материала.

Приведенная математическая модель позволяет учитывать:

- нелинейность суммирования повреждений при изменении режимов нагружения или вида напряженного состояния;

- нелинейность процесса накопления усталостных повреждений.

2. Разработана научно-обоснованная инженерная методика расчета полей напряжений, деформаций, повреждений в опасных зонах элементов и узлов несущих конструкций по механизму деградации многоцикловой усталости материала.

3. Проведён анализ кинетики напряженного деформированного состояния элементов и узлов плавучего крана КПЛ 5-30, подверженного воздействию знакопеременных нагрузок. На основе полученных результатов выполнен прогноз усталостной долговечности, который показал, что данный подход пригоден для разработки на его основе экспертных систем оценки ресурса плавучих кранов, как на стадии проектирования подъемного сооружения или плавучего крана, так и на стадии эксплуатации.

Список литературы:

[1] Коллинз Дж. Повреждение материалов в конструкциях. Анализ. Предсказание. Предотвращение. - М.: Мир, 1984.

[2] Волков И.А., Коротких Ю.Г. Уравнения состояния вязкоупругопластических сред с повреждениями. - М.: Физматлит, 2008. - 424с.

[3] Романов А.Н. Разрушение при малоцикловом нагружении. - М.: Наука, 1988. - 279с.

[4] Корум С. Оценка современной методологии проектирования высокотемпературных элементов конструкций на основе экспериментов по их разрушению // Теоретические основы инженерных расчетов. - 1988, № 1. - С. 104-118.

[5] Броек Д. Основы механики разрушения. - М.: Высшая школа, 1980. - 368 с.

[6] Патрикеев А.Б. О механизме разрушения верхних участков стальных подкрановых балок // Пром. стр-во. - 1979. - № 5. - С. 38-43.

[7] Руководящий технический материал // Расчёты и испытания на прочность / Методы расчёта на трещиностойкость металлоконструкций мостовых кранов при статическом и циклическом нагружении. - Красноярск, 1990. - 58 с.

[8] Трощенко В.Т. Деформирование и разрушение металлов при многоцикловом нагружении. -Киев: Наук. думка, 1981. - 343с.

[9] Волков И.А. Модель повреждённой среды для оценки ресурсных характеристик конструкционных сталей при механизмах исчерпания, сочетающих усталость и ползучесть материала / И.А. Волков, А.И. Волков, Ю.Г. Коротких, И.С. Тарасов // Вычислительная механика сплошных сред. - 2013. - Т. 6. - № 2. - С. 232-245.

[10] Боднер Л. Критерий приращения повреждения для зависящего от времени разрушения материалов // Теоретические основы инженерных расчетов. - 1976. - № 2. - С. 51-58.

[11] Chaboche J.L. Continuous damage mechanics a tool to describe phenomena before crack initiation // Engineering Design. 1981. vol. 64. р. 233-247.

[12] Волков И.А. Численное моделирование упругопластического деформирования и накопления повреждений в металлах при малоцикловой усталости. / И.А. Волков, Ю.Г. Коротких, И.С. Тарасов, Д.Н. Шишулин // Междунар. научно-технический журнал «Проблемы прочности»: изд-во Института проблем прочности НАНУ- №4. - Киев, 2011.

[13] «Structure CAD» пакет «Scad Office v. 11».

[14] Волков И.А., Яблоков А.С. Об одном подходе к оценке долговечности металлоконструкций плавучих кранов по их фактическому, эксплуатационному нагружению // Вестник ВГАВТ - № 42. - Н.Новгород, 2015. - С. 56-68с.

[15] Леметр Ж. Модель механики повреждения сплошных сред при вязком разрушении // J. of Engineering Materials and Technology. 1985. V. 107. P. 3-9.

JUSTIFICATION PERFORMANCE OF METAL FLOATING CRANES DEPENDING ON TO THEIR ACTUAL SERVICE LOADING

A.S. Yablokov, A.I. Volkov, D.N. Shishulin

Keywords: mechanics of damaged condition, floating crane, metal constructions, strength, life, stress-strain state, fatigue durability.

The article describes the problems of forecasting the resource of metal floating cranes depending on actual operational loading. In order to determine and evaluate the possible accumulated and residual resource of the crane on the basis of the equations of the damaged condition mechanics, the analysis of the stress-strain state of the metal construction of the boom and the framework of the floating crane with the loading capacity of 5 tons and the maximum reach of 30 meters is carried out. The evaluation of its fatigue durability and the forecast of a residual resource is performed. The received result promotes a scientifically-based solution to the problem of prolongation of the resource of the floating cranes which worked out the designed normative service life.

Статья поступила в редакцию 21.09.2016 г.