CC BY
35
среды САПР уплотнений гидропневмоагрегатов в Internet в DWF формате позволило рассмотреть СУБД Logic Works Erwin/ERX 3.51 как инструментарий сопровождения семантической БД САПР по технологии клиент-сервер. Программный продукт Logic Works Erwin/ ERX 3.51 зарекомендовал себя на рынке программного обеспечения как ведущее средство моделирования и разработки базы данных приложений клиент-север-Web-Intranet. Параметризация производилась в AutoCAD и T-Flex.
АСУТП пресс-форм гидропневмоагрегатов, реализованная в рамках выделенного расчетного сервера и реализованная по технологии клиент-сервер, может быть классифицирована как специализированный Web-сервис. Такое заключение позволяет сделать удовлетворение главному принципу построения SOA - наличие связи между производственным процессом и Web-сервисом. Далее планируется увеличение числа сервисов АСУТП и разработка реестра сервисов с целью перехода к SOA концепции.
M. A. Neznamov, S. P. Eresko, T. T. Eresko
THE CONCEPT OF MODEL OF A DATA BASE OF THE DESIGNER OF SEALS
In the report are resulted the concept of a construction program - technical of complex on the basis of personal computers for the engineer - designer of seals with the purpose of automation of designing of seals and optimization of their parameters on established installed longevity testings in the specific operation conditions.
УДК 624.075.22
С. В. Морозов, Л. А. Алифанов, С. П. Ереско
ОЦЕНКА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ СТЕРЖНЕВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ С НЕСОВЕРШЕНСТВАМИ ФОРМЫ
Рассмотрены основные статистические закономерности и зависимости, связанные с дефектами формы стержневых элементов стальных ферм. Продемонстрирована необходимость обобщения статистических данных для усовершенствования расчетных методик оценки несущей способности центрально-сжатых элементов. Приведена усовершенствованная методика расчета сжатых стержней на устойчивость, учитывающая произвольную начальную деформацию стержня.
Стержневые элементы, работающие на сжатие, являются неотъемлемой частью ферменных конструкций, широко применяемых в технике. Несущая способность сжатого стержня заданного сечения и размеров определяется расчетным сопротивлением материала и величиной случайного эксцентриситета, который, в свою очередь, обусловлен граничными условиями и наличием выгибов. Результаты обследований несущих металлоконструкций подъемно-транспортных машин и производственных зданий свидетельствуют о том, что отклонения формы стержневых элементов от прямолинейной распространены повсеместно. Несовершенства формы имеют широкий спектр типов и относительных параметров и могут быть как дефектами, вызванными отступлениями от технических норм, регламентирующих изготовление и монтаж конструкций, так и повреждениями, возникающими вследствие нарушений правил технической эксплуатации. Основной причиной возникновения искривлений при эксплуатации ферм является перегрузка элементов от проектных или непроектных воздействий (рис. 1), а также несоответствие принятой расчетной схемы действительной работе конструкций (рис. 2). В совокупности искривления стержневых элементов общего и местного характера составляют около 60-80 % от общего числа дефек-
тов, встречающихся в процессе технического диагностирования.
При выполнении проектных расчетов центральносжатых элементов по действующим строительным нормам [1-3] закладывается величина выгиба, равная 1/750 длины стержня. Однако, как показывают результаты выборочных исследований, существующая технология изготовления металлоконструкций не в состоянии обеспечить прямолинейность стержней ферм, отчасти даже в пределах стандартов на изготовление. По данным авторов [4; 5], величина погнутости превосходит нормативную примерно у 10-15 % стержней. В процессе эксплуатации наблюдается рост как числа поврежденных элементов (более чем в 2 раза), так и размеров искривлений. Статистические характеристики относительных погнутостей имеют положительную корреляцию со значениями гибкости стержней.
Были рассмотрены статистические данные по дефектам формы сорока ферм покрытия с сечениями из спаренных в тавр уголков, построены гистограммы и вычислены статистические характеристики параметров повреждений. Построение графиков зависимости относительного среднего значения погнутости (в долях от радиуса ядра сечения) и его среднего квадратического отклонения от
гибкости указало на наличие корреляционной зависимости между этими величинами. Уравнения кривых регрессии разыскивались в виде квадратных парабол:
//р = (а1Х2 + Ь1Х + с1)10-5, 4о/р = (а2X2 + Ь2Х + с2)10-5.
Значения коэффициентов, найденных методом наименьших квадратов, приведены в таблице, графики зави-симостей//р и Д1/2/р от X показаны на рис. 3.
По результатам статистического анализа также хорошо подтверждается гипотеза о значимости выборочного коэффициента корреляции между числом повреждений и сроком эксплуатации.
Для аппроксимации опытных полигонов распределения искривлений наилучшим образом подходят двух-
модальные законы распределения, характерные для суммы двух разнородных распределений, первое из которых описывает малые искривления стержней, возникающие при изготовлении, а второе - значительные искривления, обусловленные грубыми нарушениями, допускаемыми при транспортировании, монтаже и, в особенности, при эксплуатации. Первое распределение лучше описывается полунормальным законом распределения, связанным с накоплением и суммированием отдельных воздействий, второе - экспоненциальным законом (частный случай закона Вейбулла, закона распределения при наличии в системе так называемого «слабого звена») [6].
Рис. 1. Выгибы элементов ферм из-за непроектных воздействий
Рис. 2. Выгибы элементов ферм из-за изменения расчетной схемы
Расчет центрально сжатых стержней при проектировании производится сравнением действующего напряжения М(оА) с расчетным сопротивлением по пределу текучести по известной формуле
о = М(оЛ) < яу, где о - функция гибкости.
Существуют методики [3; 7-8], в которых значение коэффициента продольного изгиба ц определяется с учетом различных типов сечений и с учетом произвольной начальной деформации стержня. Общий вид зависимости о от погиби//Ь, гибкости X и отношения модуля Юнга
Т/р
0.20
0.05
LКорреляционноя зависимость относительных средних погнутостей стеркней ферм из уголкой от гибкости (эксплуатация). ■1 - ш плоскости ферм,-2 - Q плоскости ферм, 6 сторону стенки; 3-6 плоскости фермг D сторону полки. 2 / / / Ч1
н ■ □ j** і ^3
г /
X
О
30 40 50 60 70 SO 90 100 ПО 120 130
0.25
0.15
о.ю
005
Корреляционная зайисимость относительных станйпртой погнутостей стержней ферм из
уголков от гибкости (эксплуатация). 1 - из плоскости ферм; 2 - Б плоскости ферм. & сторону стенки. 2 "■1
і - о плоскости ферм, D сторону полки. □ х/ / J
г / ''З
X □ / У
© С о <
30 40 5 0 60 70 80 90 100 110 120 130
Рис. 3. Графики зависимостей/р и Д1/2 /р от гибкости X: 1 - из плоскости ферм; 2 - в плоскости ферм, в сторону стенки; 3 - в плоскости ферм, в сторону полки
к расчетному пределу текучести Ry/E, может быть записан в виде
Ф = ^ KCKR (RE-)-J,
где N0 - безразмерная критическая сила, рассчитанная для стержня прямоугольного сечения с начальной поги-бью по дуге окружности и предела текучести, равного R1 = 206 МПа (зависящее от относительной погиби и гибкости стержня); К , KR - поправочные коэффициенты, учитывающие сечение, отличное от прямоугольного и предел текучести, отличный от эталонного значения. Коэффициент К равен 1 для прямоугольного (базового) сечения, для прочих типов сечений он корректируется в зависимости от гибкости стержня.
Значение безразмерной критической силы N0 для значений f/L в диапазоне от 0,001 до 0,05 было найдено серией численных расчетов по методу конечного элемента (МКЭ). Расчеты проводились с учетом геометрической нелинейности сжато-изогнутого стержня и упругопластических свойств стали в программе CalculiX 1.7, распространяемой по лицензии GNU General Public License. Искомое значение критической силы принималось равным максимальной несущей способности, по точке на графике «сила-перемещение», в которой расчетная кривая становится практически параллельной оси абсцисс, т. е. дальнейшая деформация балки происходит без значительного увеличения нагрузки.
Для аппроксимации диаграммы деформирования стали при выполнении физически нелинейных расчетов, использовалась принятая в машиностроительных расчетах степенная зависимость между истинными напряжениями у и логарифмическими деформациями е: о = оТ (e / eT )т при e > eT = оТ/E, где m и от соответственно равны
ln[o в (1 + 1,4у f /100)/ о02]
m = 0,75 ■
ln[-
1
-ln-
100
üT = [
2/E 100 -уу
_________-|1/(1-m)
(0,2-10-2 E + 002)m
Здесь использованы общепринятые обозначения стандартных характеристик механических свойств, получаемых при испытании на растяжение: Е - модуль Юнга, о0 2 - условный предел текучести, ов - предел прочности, Г/ - сужение образца в шейке, %.
Значения коэффициентов уравнений регрессии
Типы выгибов Коэффициенты дХя относительных средних погнутостей f/с
ai bi C1
Из плоскости ферм -0,432 6 251,8 -226,8
В плоскости, в сторону стенки 3,005 -195,6 6 335
В плоскости, в сторону поХки 4,516 6 -514,8 17 162
Типы выгибов Коэффициенты дХя относительных стандартов погнутостей DVz /с
a2 b2 C2
Из плоскости ферм 0,582 8 132,4 5 125
В плоскости, в сторону стенки 3,903 1 -267,4 8 068
В плоскости, в сторону поХки 8,957 1 -1 091,9 36 020
График зависимости N от гибкости X и различных значений относительных искривлений //Ь приведен на рис. 4. Кривые, соответствующие //Ь в диапазоне от 0,001 до 0,05, возрастают при увеличении гибкости, оставаясь не больше максимального теоретического значения, равного п2.
Значение коэффициента К представляется формулой Кк = (Яу /Я,)И(Х).
Зависимость показателя степени от гибкости элемента получена аппроксимацией значений, полученных численно по МКЭ:
п(Х) = -2,18 ■ 10-9 X4 +1,20 ■ 10-6 X3 - 0,000189 X2 + 0,002 52 X +1.
График зависимости показателя степени и(К) показан на рис. 5. При моделировании рассматривались значения Яу для малоуглеродистых и низколегированных сталей, используемых в строительных конструкциях и машинах, класса прочности до С 590.
Методом статистических испытаний (Монте-Карло) исследовалась случайная величина, равная разности действующего в элементе усилия и предельного усилия по условию устойчивости. Распределение действующих осевых усилий и предела текучести стали принималось по нормальному закону. Для генерирования значений случайных эксцентриситетов использовались описанные выше распределения с параметрами, найденными в результате статистической обработки данных по методу моментов. Предельное усилие вычислялось по общей методике, приведенной выше.
По результатам моделирования, для разности предельного и действующего усилий, характеризующей надежность элемента, гипотеза о распределении по нормальному закону не отвергается критерием при уровне значимости 0,05.
ны стержня, с учетом типов сечений стержней и срока эксплуатации конструкций. В рамках дальнейших исследований предполагается привлечение дополнительных статистических данных, уточнение параметров распределений случайных величин, обобщение и доведение предлагаемого метода до компактного вида, удобного в инженерном использовании.
Рис. 4. Графики зависимости N0 от гибкости X и относительных искривлений//Ь
Рассмотренные статистические и аналитические зависимости могут быть использованы для выполнения проектных расчетов стержней на устойчивость по усовершенствованной методике, учитывающей возможность появления погнутостей, превышающих 1/750 дли-
Рис. 5. График зависимости показателя степени п от гибкости X в формуле для поправочного коэффициента Кя
Библиографический список
1. СНиП 11-23-81. Стальные конструкции / Госстрой СССР. М. : ЦИТП Госстроя СССР, 1991. 96 с.
2. Пособие по проектированию стальных конструкций (к СНиП 11-23-81 «Стальные конструкции» ЦНИИСК им. Кучеренко Госстроя СССР). М. : ЦИТП Госстроя СССР, 1989. 148 с.
3. Металлические конструкции : в 3 т. Т. 1. Общая часть. (Справочник проектировщика) / под общ. ред. заслуж. строителя РФ, лауреата гос. премии СССР В. В. Кузнецова ; ЦНИИпроектстальконструкция им. Н. П. Мельникова. М. : Изд-во АСВ, 1998. 576 с.
4. Кошутин, Б. Н. Методика оценки влияния некоторых искажений геометрической формы стальных стропильных ферм на надежность их сжатых стержней / Б. Н. Кошутин, В. А. Косоруков // Проблемы надежности в строительном проектировании. Свердловск, 1972.
5. Косоруков, В. А. Методика вероятностной оценки устойчивости сжатых стержней решетки стропильных ферм / В.А. Косоруков // Металлические конструкции / МИСИ им. В. В. Куйбышева. М., 1974. № 119.
6. Морозов, С. В. О статистических закономерностях в распределении параметров искривлений стержневых элементов / С.В. Морозов, С. П. Ереско // Современные методы математического моделирования природных и антропогенных катастроф : тез. IX Всерос. конф. (17-22 сентября 2007 г., Барнаул). Барнаул : Изд-во Алт. ун-та, 2007. С 72-73.
7. Алифанов, Л. А. О совершенствовании расчетных методик оценки устойчивости при проектировании металлоконструкций / Л. А. Алифанов, С. В. Морозов, С. П. Ереско // Вестник университетского комплекса : сб. науч. тр. / под общ. ред. проф. Н. В. Василенко ; ВСФ РГУИТП, НИИ СУВПТ. Красноярск, 2006. Вып. 8(22). С. 190-192.
8. Белый, Г. И. Особенности проверочных расчетов конструкций эксплуатируемых зданий и сооружений / Г. И. Белый // Промышленная безопасность. Спец. выпуск : материалы конф. в НО «МЕТАЛЛУРГЭКСПЕРТ». 2004 (апрель).
S. V. Morozov, S. P. Eresko, L. A. Alifanov
STRUCTURAL ASSESSMENT OF STEEL STRUCTURES WITH SHAPE DEFECTS
The basic statistical rules and distribution laws associated with girder members shape defects are described. The necessity of statistical information generalization to improve calculation procedures of axially loaded members structural evaluation is demonstrated. The improv method of compression bars calculation is discussed.
УЦК 621.923.9
Л. В. Зверинцева
ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ АБРАЗИВНОГО ПОЛИРОВАНИЯ ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ВОЛНОВОДОВ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
Описан способ получения эластичного инструмента для отделки токонесущей поверхности волноводов прямоугольного профиля для передающих систем.
Волноводы с различными сечениями служат направляющими системами для передачи энергии от передатчика в передающую антенну и от приемной антенны к радиопередатчику. Наличие потерь в линии передач СВЧ-энергии при передаче высоких и средних мощностей приводит к разогреву линии, а при передаче весьма малых мощностей собственные шумы линии, обусловленные потерями, становятся соизмеримыми с полезным сигналом. Токи СВЧ сосредоточены в поверхностных слоях проводника. Поэтому собственные потери устройств определяются свойствами поверхностного слоя металла, определяемого глубиной проникновения СВЧ-тока вследствие поверхностного эффекта. Потери энергии зависят от качества обработки рабочих поверхностей, т. е. от шероховатости поверхности. Значения глубины проникновения тока для алюминиевых сплавов на частоте 6Ггц составляет 1,1 мкм, на частоте 10 Ггц - 0,83 мкм. Если токонесущая поверхность волновода имеет параметр шероховатости Яа 2,5 мкм, то коэффициент затухания возрастает более чем в 1,8 раза, а при Я 0,4 мкм - в 1, 2 раза [1].
В настоящее время существует тенденция к увеличению частоты СВЧ-тока с целью уменьшения массы изделий и увеличения КПЦ передающих устройств. Требуемая шероховатость при увеличении частоты СВЧ-тока показана в таблице.
С увеличением частоты глубина проникновения СВЧ-тока уменьшается и становится соизмеримой с неровностями поверхности металла. Если глубина проникновения тока меньше глубины неровностей, путь тока удлиняется и, таким образом, величина неровностей увеличивает затухание (рис. 1).
Внутренняя поверхность волновода преимущественно имеет прямоугольный либо овальный профиль (рис. 2), поэтому инструмент для отделки внутренней поверхнос-
Требуемая шероховатость внутренней поверхности волноводов при частоте СВЧ-тока
Частота, ГГц 0,1...1 1.3 0 3 Свыше 10
Y ероховатость Ra, мкм 1,6...1,25 0,80.0,40 0,40.0,20 0,100.0,025
ти волновода нельзя вращать, а, значит, обеспечение шероховатости внутри некруглого волновода менее 0,2 мкм в настоящее время затруднено.
Рис. 1. Влияние микронеровностей токонесущей поверхности на путь реальной поверхности
Рис. 2. Пример волноводной трубы прямоугольного профиля
В лаборатории отделочных методов обработки кафедры ТМС СибГАУ выполнены поисковые исследования методов абразивной отделки волноводов эластичным инструментом, на поверхности которого нанесены алмазные зерна. Многократное продольное перемещение этого инструмента внутри профиля предложено осуществлять жидкой рабочей средой под давлением в обе сторо-
