Способ сборки металлоконструкций, подвергаемых циклическому нагружению Советский патент 1992 года по МПК B62D21/00 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к способам изготовления сборных металлоконструкций, подвергаемых в условиях эксплуатации циклическому нагружению.

Известен способ изготовления сборной металлоконструкции - рамы транспортного средства, заключающийся в изготовлений лонжеронов и поперечин с последующим их монтажом.

Причиной возникновения монтажных напряжений при сборке рамы автомобиля- является применяемый в авто- и авиастроении метод упругой (или силовой) сборки.

Данный метод представляет собой один из способов технологической компенсации погрешностей изготовления деталей, обладающих малой жесткостью Данные монтажные напряжения, наиболее опасными их которых явля оггя растягивя ощие. в результате суммирования с переменными эксплуатационными напряжениями растяжения повышают общую напряженность элементов конструкции и тем самым сн ижают ее долговечность.

Так как размеры составляющих конструкции имеют отклонения, распределенные случайным образом, монтажные напряжения также имеют случайный характер, что соответственно увеличивает неопределенность величины долговечности металлоконструкции. Это является существенным недостатком известного способа изготовления сборных металлоконструкций.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ назначения монтажных напряжений в сборных металлоконструкциях, подвергаемых в условиях эксплуатации усталостному разрушению

VJ

00

о

В данном способе с целью повышения долговечности рамы транспортного средства создаются напряжения сжатия в опасных зонах. Длину по крайней мере одной поперечины выполняют большей, чем других. В результате упругой сборки в поперечине и на кромках полок лонжеронов создаются напряжения сжатия. Расчет зазоров между поперечинами и лонжероном ведется, исходя из требуемых напряжений сжатия и кон- структивных размеров методами сопротивления материалов. Лонжероны при этом рассматриваются как упругая балка.

Однако указанный способ обладает рядом существенных недостатков.

Для создания благоприятных напряжений сжатия в одних зонах (лимитирующих долговечность) создаются неблагоприятные напряжения растяжения в нелимитирующих долговечность зонах конструкции, Однако не ясен предел, при котором из-за суммирования эксплуатационных нагрузок с монтажными напряжениями растяжения, зона разрушения переместится в нелимитирующую до создания монтажных напряжений область. Для любой конструкции осуществляют типичные потенциальные зоны разрушения и создание благоприятных условий для одних может осуществляться значительным ухудшением для других.

Сборные металлоконструкции для повышения прочности имеют развитые зоны соединений - узлы. Каждая стыковочная поверхность узла имеет свою реальную форму и расположение с какими-то отклонениями от номинального значения в пределах допусков чертежа. При сборке стыков в узел из- за указанных отклонений также могут возникать монтажные напряжения, которыми необходимо управлять, т.е. не только длина элементов определяет величину монтажных напряжений.

Кроме того.в известном способе не определено, как осуществлять назначение величины сжимающих напряжений, чтобы указанный метод был эффективен. Напряжения, которые возникают в результате технологических операций, влияют на предел выносливости конструкции и только изменение этого предела определяет эффективность того или иного конструкторско-технологиче- ского мероприятия на циклическую долговечность конструкции К тому же возможно назначение приоритетности по важности неразрушения Поскольку разрушение некоторых зон металлоконструкции может вызвать катастрофические последствия, а других нет

Вышеперечисленное существенно снижает достоинство известного способа

Цель изобретения - повышение усталостной прочности металлоконструкций путем предварительного выбора монтажных напряжений за счет изменения размеров, формы и расположения входящих элементов.

Поставленная цель достигается тем, Что в способе сборки металлоконструкций, подвергаемых циклическому нагружению, включающему соединение элементов конст0 рукции при предварительно выбранных отклонениях линейных размеров отдельных элементов для обеспечения создания в них сжимающих напряжений, формируют варианты сборки металлоконструкций с различ5 ными номинальными размерами, формой и расположением элементов в заданных геометрических пределах, измеряют нагружен- ность в возможных зонах, разрушения, оценивают для каждой зоны величину пре0 дела выносливости и сопоставляют ее с допустимой величиной, выбирают вариант сборки, для которого величина I, определяемая по формуле

I v r ( °al - Oaimln ч . 5 -Д01 («МП ) +

+ ykfif Ja С

jl l U CTalmln )

0 принимает наибольшее значение,

где I, j - число типичных зон разрушения, лимитирующих и нелимитирующих долговечность конструкции;

(та - значение предела выносливости 5 зоны, полученное в результате варианта сборки;

OaminJ - минимальное значение предела выносливости зоны, обеспечивающее требуемую долговечность конструкции; Ci, Cj - весовые коэффициенты приори тета для каждой зоны, причем

Oai - fTaimin О aj - CTajmln О

Для реализации способа из элементов сборной металлоконструкции, изготовленных в заданных геометрических пределах, формируют варианты сборки с различными номинальными размерами, формой и расположением элементов. При этом танзометри- рованием с помощью цифрового тензометрического моста и тензорезисто- ров для каждого варианта сборки устанавливают нагруженное™ зон разрушений - величину остаточных напряжений оьс . Их влияние в расчетах на усталостную долговечность учитывают при определении предела выносливости опасной зоны конструкции (при симметричном цикле нагружеНИЯ) Г7Н Ok - ЧЪЬс ,

0

0

5

где Ok - предел выносливости опасной зоны конструкции без учета остаточных монтажных напряжений (при симметричном цикле нагружений);

ф - коэффициент чувствительности к асимметрии цикла.

Зная эксплуатационную нагружен- ность, для обеспечения долговечности конструкции задают минимально требуемое значение предела выносливости каждой зоны Oamln

Поскольку известно, разрушение какой зоны может привести к катастрофическим последствиям, а какой -нет, вводят весовые коэффициенты приоритета для каждой зоны С. Причем, чем более высоким является требование к неразрушению данной зоны, тем больше единицы назначают весовой коэффициент С. Для равнозначных зон С принимают равным единице.

У каждого сформирбванного варианта сборки для каждой зоны оценивают изменение значения предела выносливости и сравнивают его с минимально требуемым для

Предлагаемый способ позволяет повысить сопротивление усталости конструкции путем создания монтажных напряжений требуемой величины для обеспечения зз5 данного ресурса. При этом предотвращается перенапряжение зон нелимитирующих долговечность и учитываются все геометрические характеристики элементов конструкции.

10 Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Способ сборки металлоконструкций, подвергаемых циклическому нагружению, включающий соединение элементов конструкции при предварительно выбранных от15 клонениях линейных размеров отдельных элементов для обеспечения создания в них сжимающих напряжений, отличающий, с я тем, что, с целью повышения усталостной прочности металлоконструкций путем

20 предварительного выбора монтажных напряжений за счет изменения размеров, формы и расположения входящих элементов, формируют варианты сборки металлоконструкций с различными номинальными размезон лимитирующих и нелимитирующих Дол- 25 рами, формой и расположением элементов

в заданных геометрических пределах, измеряют1 нагруженность в возможных зонах разрушения, оценивают для каждой зоны величину предела выносливости и сопоставляют ее с допустимой величиной, выбирают вариант сборки, для которого величина I, определяемая по формуле,

говечность конструкции и окончательно выбирают тот вариант, для которого величина, определяемая по формуле

- УП,. / Да1 Oalmln ч , L, Cl (г /т,, 1) +

Oalmln

4-Vkr, ( gaj - tfejmln ч ,ih K Ыт1п }

J

принимает наибольшее значение, где I. J - число типичных зон разрушения, лимитирующих и нелимитирующих долговечность конструкции, соответственно;

Оа - значение предела выносливости зоны разрушения в результате варианта сборки;

Oamln минимальное значение предела выносливости зоны, обеспечивающего требуемую долговечность конструкции;

Ci, Cj - весовые коэффициенты приоритета для каждой зоны.

При этом для обеспечения неразрушения конструкции в период заданной долговечности должно выполняться условие

. Оа1 - Oalmln 5: О OaJ - OajmlnJSO

Составитель М

Редактор

Техред М.Моргентал

Предлагаемый способ позволяет повысить сопротивление усталости конструкции путем создания монтажных напряжений требуемой величины для обеспечения ззданного ресурса. При этом предотвращается перенапряжение зон нелимитирующих долговечность и учитываются все геометрические характеристики элементов конструкции.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Способ сборки металлоконструкций, подвергаемых циклическому нагружению, включающий соединение элементов конструкции при предварительно выбранных отклонениях линейных размеров отдельных элементов для обеспечения создания в них сжимающих напряжений, отличающий, с я тем, что, с целью повышения усталостной прочности металлоконструкций путем

предварительного выбора монтажных напряжений за счет изменения размеров, формы и расположения входящих элементов, формируют варианты сборки металлоконструкций с различными номинальными размерами, формой и расположением элементов

в заданных геометрических пределах, измеряют1 нагруженность в возможных зонах разрушения, оценивают для каждой зоны величину предела выносливости и сопоставляют ее с допустимой величиной, выбирают вариант сборки, для которого величина I, определяемая по формуле,

п

( +

- L. U l- Сталин Ч

&

+ДС(

Оа fraj мин J

)

принимает наибольшее значение, „-- где 1. j - число типичных зон разрушения, лимитирующих и нелимитирующих долговечность конструкции;

аа - значение предела выносливости зоны, полученное в результате варианта сборки;

7амин 3 -минимальное значение предела выносливости зоны, обеспечивающее требуемую долговечность конструкции,

Ci, Cj - весовые коэффициенты приоритета для каждой зоны, причем

1 Oal - CTai мин О е СГа| - 7aj мин О

бацевич J l,

л

Корректор Н,Тупица

Использование; относится к машиностроению, в частности к способам изготовления сборных металлоконструкций, подвергаемых в условиях эксплуатации циклическому нагружению. Сущность изобретения: способ сборки металлоконструкции, подвергаемых циклическому нагружению, включает соединение элементов конструкции при предварительно выбранных отклонениях линейных размеров отдельных элементов для обеспечения создания в них сжимающих напряжений, формируют варианты сборки металлоконструкций с различными номинальными размерами, формой и расположением элементов в заданных геометрических пределах, измеряют нагружен- ность в возможных зонах разрушения, оценивают для каждой зоны величину предела выносливости и сопоставляют ее с допустимой величиной, затем выбирают вариант сборки с соблюдением определенных условий.