ГОСТ 33169-2014. Межгосударственный стандарт. Краны грузоподъемные. Металлические конструкции. Подтверждение несущей способности

8. Подтверждение сопротивления усталости

 

8.1 Общие положения

 

8.1.1 Расчетное подтверждение сопротивления усталости конструкции имеет целью показать, что при эксплуатации машины в штатном режиме в течение установленного ресурса в элементах металлической конструкции не появятся усталостные трещины. Усталостное повреждение является локальным, поэтому расчет выполняется для конкретных расчетных зон, таких мест конструкции, в которых действуют достаточно высокие переменные во времени напряжения и присутствует существенная концентрация напряжений. Расчетными зонами обычно являются сварные или болтовые узлы, кромки вырезов и отверстий, галтельные переходы и пр.

Для подтверждения сопротивления усталости конструкции необходимо на основании анализа ее напряженно-деформированного состояния и опыта эксплуатации подобных сооружений установить перечень расчетных зон потенциально опасных с позиции усталостного повреждения. Для каждой из расчетных зон производится расчет на сопротивление усталости.

8.1.2 Методика расчета на сопротивление усталости базируется на следующих допущениях:

а) Расчет узлов и элементов конструкции на сопротивление усталости производится по номинальным нормальным напряжениям без учета касательных. Расчет угловых сварных швов ведется по номинальным касательным напряжениям без учета нормальных.

б) Характеристикой сопротивления усталости узла или элемента конструкции является предел выносливости по размаху нормальных или касательных напряжений. Эти характеристики для сварных узлов без дополнительной обработки после сварки не зависят от средних напряжений цикла.

в) Зависимость долговечности элемента конструкции N от размаха действующих напряжений или или при регулярном нагружении характеризуется типовой усталостной кривой (рисунок 16, а), которая описывается степенной функцией

 

или (77)

 

где N_R = 2·10⁶ - базовое количество циклов нагружения, на котором определяются пределы выносливости и ;

m - показатель наклона усталостной кривой, (рисунок 15, а);

N - количество циклов нагружения элемента до возникновения усталостной трещины.

г) Переход к горизонтальному участку в нижней части типовой усталостной кривой происходит в точке с абсциссой N_R0 = 5·10⁶ циклов.

д) Процесс накопления усталостного повреждения при произвольном циклическом нагружении описывается гипотезой линейного суммирования повреждений Пальмгрена-Майнера

 

(78)

 

где z_i - количество циклов нагружения с размахом напряжений ;

N_i - количество циклов до возникновения трещины при стационарном нагружении с размахом напряжений (рисунок 15, б).

 

 

Рисунок 15 - Схемы усталостной кривой,

построенной в логарифмических координатах

 

8.1.3 Расчет на сопротивление усталости выполняется по методу допускаемых напряжений. Условие сопротивления усталости записывается с использованием размаха номинальных нормальных или касательных напряжений, действующих в расчетной зоне. Номинальное напряжение вычисляется от действия соответствующей комбинации эксплуатационных нагрузок без учета концентрации напряжений.

8.1.4 Пределы выносливости и определяются на основе обобщения результатов усталостных испытаний образцов различной конфигурации и имеют вероятность обеспечения не менее 0,95. Нормативные значения пределов выносливости устанавливаются по конструктивным признакам рассчитываемого узла по таблице Ж.1 (приложение Ж). Эти значения распространяются на элементы с толщинами не менее 4 мм и не более 80 мм, временным сопротивлением не более 1000 МПа и качеством изготовления сварных узлов, соответствующим требованиям 6.3.1.2. Для конструкций с параметрами, выходящими за границы указанных интервалов, следует проводить дополнительные исследования. Значения пределов выносливости отражают влияние следующих конструктивно-технологических факторов:

- концентрация напряжений, обусловленная формой и размерами рассчитываемого узла;

- наличие допустимых дефектов;

- остаточные напряжения;

- свойства материала в районе сварного шва;

- технология сварки и процедуры обработки шва после сварки.

Применение настоящей методики для расчета на сопротивление усталости узлов, в которых нагружение происходит с отрицательными средними напряжениями, включая циклы с , дает погрешность в запас долговечности.