Човнюк, Ю. В. та Іванов, Є. О. та Чередніченко, П. П. та Кравчук, В. Т. та Остапущенко, О. П. та Кравченко, І. М. (2022) ЧИСЕЛЬНО-АНАЛІТИЧНИЙ ПІДХІД В АНАЛІЗІ ТЕРМОНАПРУЖЕНО- ДЕФОРМОВАНОГО СТАНУ МЕТАЛОКОНСТРУКЦІЙ ВАНТАЖОПІДЙОМНИХ КРАНІВ ПРИ ЗОСЕРЕДЖЕНОМУ НАГРІВАННІ. Вісник Національного університету водного господарства та природокористування (2(98)). с. 193-210.

Text Vt9818 (1).pdf Download(347kB)

Анотація

Запропоновано чисельно-аналітичний підхід у аналізі термо- напружено-деформованого стану металоконструкцій вантажопід- йомних кранів при їх зосередженому нагріванні. Розв’язано плоску та об’ємну (тривісний напружений стан) задачі. Встановлено основ- ні компоненти деформацій для обох задач. Використано методи ма- тематичної фізики та інтегральних перетворень Лапласа, Ханкеля. Аналітичні результати, отримані у роботі, перевірено чисельними розрахунками на ПЕОМ, які встановлюють доволі неоднорідний ха- рактер деформування та зміни компонент термонапруженого стану пластини під дією розміщеного на її поверхні зосередженого дже- рела тепла. Зокрема, для деяких компонент напружень (стиску- вання – розтяг) як по глибині/товщині пластини, так і по радіусі від осі знаходження джерела тепла. Це, по суті, означає, що наявність подібних ефектів з плином часу (навіть у пружній постановці) приз- водить до появи тріщин, які неминуче наближають процеси старін- ня та руйнування металоконструкцій вантажопідйомних кранів. Задачу з визначення та аналізу напруженого стану пластини (елементу металоконструкції кранів) при нагріванні зосередженим джерелом тепла розглянуто й розвинуто у пружній постановці ме- тодами математичної фізики. При цьому застосовано для розв’язку рівняння теплопровідності у циліндричній системі координат пере- творення Лапласа по часу й Ханкеля по радіальній координаті.

Title in English

NUMERICAL-ANALYTICAL APPROACH IN THE ANALYSIS OF THE THERMAL STRESS-STRAIN STATE IN LOAD-LIFTING CRANES METAL STRUCTURES UNDER CONCENTRATED HEATING

English abstract

A numerical-analytical approach in the analysis of the thermal stress-strain state in load-lifting cranes metal structures during their concentrated heating is proposed. Planar and volumetric (three-axis stress state) problems are solved. The main deformations compo- nents for both problems are established. Mathematical physics meth- ods and Laplace and Hankel integral transformations are used. Ana- lytical results obtained in this work are verified by numerical calcula- tions on a PC. They establish a rather inhomogeneous nature in the deformation and change of the thermal stress state components in the plate under the concentrated heat source action located on the sur- face. Particularly, for some stresses components (compression − ten- sion) both on depth/thickness of a plate, and on radius from an axis of a heat source location. This, in essence, means that such effects over time (even in the elastic setting) leads to the cracks, which inevitably bring the aging and destruction of cranes metal structures. The problem of determining and analyzing the thermal stress state in the plate (element of crane metal structure) when heated by a concentrated heat source is considered and developed in an elastic formulation by mathematical physics methods. In this case, the La- place transform in time and the Hankel radial-coordinate transfor- mation were used to solve the equation of thermal conductivity in the cylindrical coordinate system. A comparative analysis of stresses distribution over plate thick- ness in the planar and volumetric formulations, as well as their de- pendence on the heat source position relative to the metal structure surface, was carried out. The results obtained in this work can be further used to improve and refine engineering methods for calculating the diagnostic equip- ment parameters used to determine the stress-strain state of cranes metal structures, both at the design and construction stage, and in their actual operation.

Перегляд елементу

Завантажень