Автоматическая сварка, 2016, №12



2016 №12 (07)

DOI of Article 10.15407/as2016.12.08

2016 №12 (09)

---

Журнал «Автоматическая сварка», № 12, 2016 г., с. 46-53
 

Оценка статической прочности сварного диска рабочего колеса дымососа

А. В. Молтасов¹, П. Н. Ткач¹, А. Я. Гоголев², А. А. Авдюшкин², С. И. Мотрунич¹

¹ИЭС им. Е. О. Патона НАН Украины, 03680, г. Киев-150, ул. Казимира Малевича, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua
²ООО «Союзэнергомаш», 49127, г. Днепр, ул. Гаванская, 8. E-mail: recept_prmz@souzenergo.com
 
Реферат
Проведен проверочный расчет на статическую прочность сварной конструкции диска рабочего колеса дымососа под действием эксплуатационных нагрузок. Рабочее колесо дымососа состоит из диска и приваренной к нему цилиндрической обечайки с двадцатью лопатками, равномерно расположенными по ее периметру. Напряженное состояние, реализующееся в диске при эксплуатации, обусловлено действием сил инерции, возникающих в результате вращения рабочего колеса с постоянной угловой скоростью. Компоненты напряжений определялись решением краевой задачи квазистатической теории упругости. При задании краевых условий было необходимо определить напряжение на внешнем контуре диска, вызванное центробежными силами, создаваемыми лопатками, для чего была предложена соответствующая формула, учитывающая массо-центровочные характеристики лопатки. Было установлено, что в штампованных дисках толщиной 48 и 44 мм максимальное радиальное напряжение действует в ступице и составляет 28 и 29,5 МПа соответственно, максимальные окружные напряжения при этом более чем в два раза ниже радиальных. Главным отличием сварного и штампованного дисков является наличие концентраторов напряжений, обусловленных геометрической неоднородностью конструкции в зоне сварных соединений. При помощи инженерного метода, основанного на гипотезе ломаных сечений, было описано напряженное состояние в зонах концентрации напряжений. Результаты расчетов коэффициента концентрации напряжений предложенным методом хорошо согласуются с результатами, полученными методом конечных элементов. С учетом концентрации напряжений в сварных дисках толщиной 48 и 44 мм максимальное радиальное напряжение действует в месте сопряжения кольца с обечайкой и составляет 35,8 и 37,5 МПа соответственно. Эти величины превышают напряжения в ступице для соответствующих штампованных дисков более чем на 20 %, однако более чем в 5 раз ниже предела текучести материала диска. Ввиду этого можно утверждать, что статическая прочность обеих рассматриваемых сварных конструкций диска обеспечивается. Библиогр. 14, рис. 12.
 
Ключевые слова: рабочее колесо дымососа, сварной диск, эксплуатационные нагрузки, проверочный расчет, напряженное состояние, концентрация напряжений, гипотеза ломаных сечений
 
Поступила в редакцию 21.07.2016
 
Подписано в печать 23.11.2016
 

1. Кишалов А. Е. Анализ нагрузок, действующих на элементы конструкции ГТД / А. Е. Кишалов, В. М. Кудоярова, К. В. Маркина, О. И. Игнатьев // Молодой ученый. – 2012. – Т. I, № 11 (46). – С. 52–60.
2. Рывкин А. А. Справочник по математике: Справочное пособие для учащихся сред. спец. учеб. заведений и поступающих в вузы / А. А. Рывкин, А. З. Рывкин, Л. С. Хренов // Изд. 5-е, стереотипное. – М.: Высшая школа, 1987. – 480 с.
3. Тимошенко С. П. Теория упругости / С. П. Тимошенко, Дж. Гудьер; пер. с англ. – М.: Главная редакция физико-математической литературы изд-ва «Наука», 1975. – 576 с.
4. Бабенко А. Є. Методичні вказівки до виконання курсової і розрахунково-графічної робіт з дисципліни «Опір матеріалів» (завдання і приклади розрахунків) для студентів технічних напрямів підготовки усіх форм навчання / А. Є. Бабенко, О. О. Боронко, Б. І. Ковальчук [та ін.]. – К.: ІВК «Видавництво «Політехніка»», 2010. – 108 с.
5. Можаровський М. С. Теорія пружності, пластичності і повзучості: підручник / М. С. Можаровський. – К.: Вища школа, 2002. – 308 с.: іл.
6. Демьянушко И. В. Расчет на прочность вращающихся дисков / И. В. Демьянушко, И. А. Биргер // М.: Машиностроение, 1978. – 247 с., ил. – (Б-ка расчетчика).
7. Neuber H. Kerbspannungslehre: Theorie der Spannungskonzentration Genaue Berechnung der Festigkeit / H. Neuber // Vierte Verlag-Berlin: Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2001. – 326 s. – (Klassiker der Technik).
8. Верховский А. В. Гипотеза ломаных сечений и ее применение к расчету стержней сложной конфигурации / А. В. Верховский // Известия ТПИ. – 1947. – т. 61, № 1. – С. 3–46.
9. Определение напряжений в опасных сечениях деталей сложной формы. Метод неплоских сечений / А. В. Верховский, В. П. Андронов, В. А. Ионов [и др.]. – М.: Машгиз, 1958. – 147 с.
10. Молтасов А. В. Применение метода неплоских сечений к определению напряжений в зонах концентрации, вызванной усилением стыкового сварного соединения / А. В. Молтасов // Проблемы прочности. – 2013. – № 1. – С. 159–167.
11. Молтасов А. В. Инженерный метод расчета коэффициента концентрации напряжений в нахлесточном сварном соединении при растяжении и изгибе / А. В. Молтасов, И. Н. Клочков, В. В. Кныш // Вісник НТУУ «КПІ», Серія Машинобудування. – 2013. – Вип. 69. – С. 150–157.
12. Бугров Я. С. Высшая математика: учебник для вузов: в 3 т. / Я. С. Бугров, С. М. Никольский; под ред. В. А. Садовничего. – 6-е изд., стереотип. – М.: «Дрофа». – 2004. – Т. 2: Дифференциальное и интегральное исчисление. – 512 с.
13. Марочник сталей и сплавов / В. Г. Сорокин, А. В. Волосникова, С. А. Вяткин [и др.]; под общ. ред. В. Г. Сорокина. – М.: Машиностроение, 1989. – 640 с.
14. Прочность сварных соединений при переменных нагрузках / В. И. Труфяков, В. И. Дворецкий, П. П. Михеев [и др.]; под ред. В. И. Труфякова. – К.: Наукова думка, 1990. – 256 с.