close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Применение композитных материалов в элементах металлоконструкции крана..pdf

код для вставкиСкачать
МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №6/2016 ISSN 2410-6070
УДК 624.072.21
А.А. Голосов
студент 5 курса КФ МГТУ им.Н.Э. Баумана, кафедра «ПТМ»
С.Л. Заярный
к.т.н., доцент КФ МГТУ им. Баумана, кафедра «ПТМ»
г. Калуга, Российская Федерация
ПРИМЕНЕНИЕ КОМПОЗИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ В ЭЛЕМЕНТАХ
МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИИ КРАНА
Аннотация
В статье рассматривается возможность и условия применения композитных материалов в элементах
металлоконструкции башенного крана, с целью облегчения стрелы, а, следовательно, и увеличение
грузоподъёмности.
Ключевые слова
Композитные материалы, стрела крана, прочность материала.
Под фермой понимается стержневая конструкция с треугольной решеткой , образованная стержнями
шарнирно связанными и нагруженными в узлах.
Стержни ферм представляют собой идеальный элемент для изготовления из волокнистых,
композиционных материалов, т. к. такие материалы особенно эффективны при нагружении в продольном
направлении. Их прочность при этом может быть использована максимально [1].
При анализе прочности сжатых стержней необходимо учитывать возможность потери устойчивости:
общей для длинных и гибких стержней и местной для стержней с тонкостенным сечением [2].
В качестве элементов ферм часто используют тонкостенные трубы.
Рассмотрим общий случай нагружения фермы стрелы крана рис. 1а, б, [3].
Принятые обозначения: li - длина части фермы;
фермы;
 i - угол наклона оттяжки фермы; hi - высота части
d i - длина панели части фермы.
Рисунок 1 – Варианты исполнения стрелы башенного крана ферменного типа
56
МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №6/2016 ISSN 2410-6070
Определим аналитические выражения для линий влияния опорных реакций и элементов фермы при
принятых конструктивных решениях:
а)
  0 , h1 < h2 , h1 d1  h2 d2  3 2 ; б)   0 , h1  h2 .
Ферма без оттяжек, рис. 1а).
Л. В. опорных реакций от оттяжки:
Л. В. опорных реакций:
Л.
В.
нижних
RBx  x  h  l2tg  ; RBy  x  h tg  l2  .
RAx  RBx ; RAy  1  RBy .
панелей
консольной
части
фермы:
N1н    x  l2  h1 ,
при

1 

x  l1  d1  k    ;  l1  l2  , здесь и далее k1 -номер ближайшего к сечению узла пояса считая от т. В.
2 


Л. В. верхняя панелей консольной части фермы: N1в   x  l2  h1 , при x l1  k1d1 ;  l1  l2  .

1 
2

; x  l1  d1  k1    ;  l1  l2  .
2 
3


2
Л. В. правых раскосов консольной части фермы: N1 р  
; x l1  k1d1 ;  l1  l2  .
3
2
2
Л. В. раскосов корневой части фермы: N 2 пр  
RАy ; N 2 л 
Rвy .
3
3
Л. В. левых раскосов консольной части фермы:
N1 р  
Ферма с оттяжками, рис. 1б).
Л.
В.
нижних
панелей
консольной
части
фермы:
N1н    x  l2  h1 ,
при

1
1 


x  l1  d1  k1    d 2  k2    ;  l1  l2  , здесь и далее k1  k2  - номер ближайшего к сечению
2
2 



узла пояса считая от т. В(А)
Л.
В.
верхняя
панелей
консольной
части
x l1  k1d1  k2d2 ; l1  l2  x l1  k1d1 ;  l1  l2  .
Л. В. левых раскосов консольной части фермы:
фермы:
N1в   x  l2  h1 ,
при
2
;.
3
2
; x l1  k1d1 ;  l1  l2  .

3
N1 р  
Л. В. правых раскосов консольной части фермы:
N1 р
Из приведенных соотношений можно установить, что рассмотренные элементы фермы являются
преимущественно сжатыми. В этом случае критерием их работоспособности является условие обеспечения
общей устойчивости определяемой гибкостью стержня
 
АЕ
. Сравним по этому параметру
Fc
стержни, изготовленные из различных материалов. Тогда при обеспечении равной гибкости стержней
А*
Е
выполненных из различных материалов справедливо
 * , а их относительная масса составит
А Е
m*  * Е
. Здесь: А - площадь сечения стержня; Е -модуль упругости материала стержня; Fc m

m  Е*
критическая сила;
 - плотность материала ; (*) – индекс определяющий сравниваемый с исходным вариант
57
МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №6/2016 ISSN 2410-6070
материала. Из полученного соотношения видно, что при обеспечении равной прочности и общей
устойчивости стержней, коэффициент эффективность замены их материала определяется как
где
ke 
Е

 1,
*
E*
.
  ,E 

E
В случае применения композитного материала его плотность и модуль упругости определятся как:
  2  1,2  (1   )  ; Е*  Е2   Е1,2  (1   ) .
индекс «1»- армирующее волокно; индекс «2» - матрица 
*
ke 
Е2    Е12  1    
Е  2  12  1    
или ke 
Здесь:;
1,2  1 2
;
Е1,2  Е1 Е2 ;
- коэффициент заполняемости. При этом
Е1    1    Е12 
. Из этих соотношений видно, что в случаях
Е 1    1    12 
тождественности заменяемого материала и материала одного из компонентов композитного стержня (
  2 ; Е  Е2 или   1; Е  Е1 ) коэффициент эффективности близок к единице. Так, например, для
пары «сталь – алюминий» имеем ke  1,04 , что делает замену в рамках этой пары нецелесообразной.
Выводы. Проведенный анализ показал, что применение композитных элементов в крановых
конструкциях эффективно только в случае если для используемых материалов обеспечивается условие 
˂< Е .
Список использованной литературы:
1. Композитные материалы: В 8-ми т.. Пер. с англ./ Т. 7. Анализ и проектирование конструкций. Ч.1/ Под
ред. К. Чамиса. -М.: Машиностроение. 1978.-300 с.: ил..
2. Композитные материалы: В 8-ми т.. Пер. с англ./ Т. 8. Анализ и проекти- рование конструкций. Ч.2/ Под
ред. К. Чамиса. -М.: Машиностроение. 1978.-264 с.: ил.
3. Строительная механика: В 2 кн. Кн 1. Статика упругих систем: Учеб. для вузов/В.Д. Потапов, А. В.
Александров, С. Б. Косицын, Д. Б. Долотказин; Под ред. В. Д. Потапова.- М.: Высш. шк., 2007.-511 с.: ил..
© Голосов А.А., Заярный С.Л., 2016
УДК 006.91
О.А. Гулова
студентка 3 курса института нанотехнологий,
электроники и приборостроения
Южный федеральный университет
Т.В. Шушкевич
к.т.н., доцент кафедры информационных
измерительных технологий и систем
института нанотехнологий, электроники и приборостроения
Южный федеральный университет
г. Таганрог, Российская Федерация
ВЫРАЖЕНИЕ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ
Аннотация
В статье приводится результат систематизации программного обеспечения, применяемого для
расчетов неопределенности результатов измерений.
58
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
11
Размер файла
1 637 Кб
Теги
композитных, pdf, материалы, применению, крана, элементами, металлоконструкций
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа