No abstract

No abstract

The paper implements a method for analyzing the stress-strain state of rectangular hollow sections (RHS) by finite-element modeling (FEM) of tests for three-point bending and torsion. Design schemes, 3-D solid-state and deformable models have been developed using the automated analysis and CAD/CAE system software, made it possible to obtain equivalent stress distributions and displacements in models. A simulation of tests for RHS with a cross section of 40 mm × 50 mm, manufactured in two ways, was carried out: (a) by direct-forming of galvanized steel strips on roll-forming mill in a semi-closed section with a longitudinal gap of 0.5 mm between the edges formed on a 40 mm web (DF-RHS); (b) similar direct-forming to the closed section and next welding the edges to a longitudinal weld along the web middle of 50 mm (DFW-RHS). RHS with various wall thicknesses (t = 1.93 mm, 1.84 mm and 0.7 mm) was investigated, given the design features that depend on the manufacturing processes of structural sections. It was found DFW-RHS is stiffer by at least 50% compared to DF-RHS, which allows to savings the metal by reducing the RHS wall thickness by 62% while maintaining the same stiffness and ensuring high strength of structural section.

Мета. За основну мету цієї роботи ми ставимо моделювання навантаженості порталу під час роботи крана «Азовець», аналіз фактичного напружено-деформованого стану елементів металоконструкції порталу. Об'єктом дослідження є закономірність розподілу напружень в елементах порталу. Методика. Для досягнення поставленої мети використані методи: аналітичних інженерних розрахунків, імітаційного моделювання, скінченних елементів, візуально-оптичний метод під час обстеження стану металоконструкції крана. Результати. Із використанням CAD/CAE-системи було змодельовано навантажений стан металоконструкції портального крана та виконано розрахунок її на міцність методом скінченних елементів. Наведено результати розрахунків та аналізу напружено-деформованого стану. Отримана закономірність розподілу напружень в елементах колони наочно показала, що напруження розподілені нерівномірно; напружено-деформований стан елементів порталу є досить складним, нерівномірним і потребує модернізації. Наукова новизна. Отримали подальший розвиток наявні методи проектування металоконструкцій портальних кранів. Уперше запропоновано методику проектування раціональних металоконструкцій за критеріями рівномірності розподілу напружень та плавності силового потоку, які також уперше отримали наукове обґрунтування. Уперше розроблені твердотільні моделі металоконструкції портального крана, які дозволяють визначати закономірність розподілу напружень/навантажень і плавності силового потоку в них. Практична значимість. Розроблено та впроваджено просторову твердотільну комп'ютерну модель порталу крана «Азовець». Запропоновано методику міцнісного аналізу та раціонального проектування металоконструкції портальних кранів. Подано науково обґрунтовані рекомендації з ремонту й посилення елементів порталу крана «Азовець». Результати теоретичних і практичних досліджень можуть бути використані для викладання навчальних курсів «Проектування металевих конструкцій підйомно-транспортних машин», «Основи автоматизованого проектування машин», «Автоматизоване проектування ПТМ», «Ремонт, монтаж і змащення ПТМ». Наприклад, дані результати використовують у ДВНЗ «Приазовський державний технічний університет». Ключові слова: металоконструкція; портальний кран; моделювання; навантаженість; метод скінченних елементів; синтез; оптимізація Наука та прогрес транспорту. Вісник Дніпропетровського національного університету залізничного транспорту, 2019, № 3 (81) МАШИНОБУДУВАННЯ Creative Commons Attribution 4.

Steel hollow sections are common for transport engineering, vehicles, highway guardrails. The special requirements for strength and stiffness are determined by tests. The three-point bending test experimental and FEM research were carried out on steel rectangular hollow sections (RHS) with a cross section of 40 mm × 50 mm, manufactured in two ways: (a) by cold bending of steel strips on roll-forming mill in semi-closed section with a longitudinal gap of 0.5 mm between the edges formed on a 40 mm web (B-RHS); (b) similar cold roll-forming to the closed section and welding with a longitudinal weld along the web middle of 50 mm (BW-RHS). As a result, the graphs and analytical equations for relating the force (P) and deflection (f) at load on 50 mm and 40 mm webs were obtained, and revealed the advantages of bent-welded sections (BW-RHS) by stiffness and strength. FEM was performed using the SolidWorks CAD/CAE system for various RHS wall thicknesses (t = 1.93 mm, 1.84 mm and 0.7 mm). It is shown that the BW-RHS design increase the stiffness by at least 50%, reduce the wall thickness by 61.9% while maintaining the same stiffness and ensuring the high strength indices for the case of least loading on the larger web, i.e. the maximum stresses in the RHS webs will be 2.33 times less than the yield stress of low-carbon steel.