Please use this identifier to cite or link to this item: http://elartu.tntu.edu.ua/handle/123456789/1743

Title: Статистична модель для визначення залишкового ресурсу типової зварної ферми при циклічних навантаженнях
Other Titles: Статистическая модель для определения остаточного ресурса типовой сварной фермы при циклических нагрузках
Statistical model for determination of the residual resource of a typical weld-fabricated farm at cyclic loading
Authors: Шингера, Наталія Ярославівна
Шингера, Наталья Ярославовна
Shinhera, N. Ya.
Bibliographic description (Ukraine): Шингера Н. Я. Статистична модель для визначення залишкового ресурсу типової зварної ферми при циклічних навантаженнях. Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук: 01.05.02 – математичне моделювання та обчислювальні методи підприємствами / Н. Я.Шингера — Тернопіль, 2012. — 20 с.
Issue Date: 2012
Publisher: Тернопільський національний технічний університет ім. Івана Пулюя
Science degree: кандидат технічних наук
Level thesis: кандидатська дисертація
Code and name of the specialty: 01.05.02 – математичне моделювання та обчислювальні методи
Defense council: Спеціалізована вчена рада К58.052.01
Institution defense: Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя
Supervisor: Щербак, Леонід Миколайович
Committee members: Власюк, Анатолій Павлович
Юзефович, Роман Михайлович
UDC: 519.856.3
519.246
Keywords: статистичні моделі
залишковий ресурс
типова зварна ферма
комп’ютерне імітаційне моделювання
метод Монте-Карло
вхідні інформаційні масиви
статистические модели
остаточный ресурс
типовая сварная ферма
компьютерное имитационное моделирование
метод Монте-Карло
исходные информационные массивы
statistical models
residual resource
the typical weld-fabricated farm
computer simulation
Monte Carlo method
input information arrays
Abstract: За результатами аналізу деградації зварних ферм під дією циклічних навантажень зроблено висновки, що їх залишковий ресурс формується при комплексному впливі багатьох стохастичних чинників. Для визначення залишкового ресурсу типової зварної ферми запропоновано статистичну модель. При формуванні вхідних інформаційних масивів для цієї моделі виявлено суттєві розбіжності характеристик механічних властивостей сталі ВСт3пс, отриманих за державними стандартами, сертифікатами якості виробника та натурними дослідженнями суцільних та зварних зразків. Розроблено фізичну модель типової зварної ферми, залишковий ресурс якої за циклічних навантажень досліджено як натурним експериментом, так і комп’ютерним імітаційним моделюванням за методом Монте-Карло з використанням запропонованої статистичної моделі. Внаслідок верифікації результатів моделювання отримано високий рівень їх вірогідності (0,91...0,94), що свідчить про адекватний підбір аналітичної основи статистичної моделі у вигляді залежності для опису кінетики втомного пошкодження та використання вхідних інформаційних масивів моделі, отриманих за результатами натурних досліджень.
На основании анализа деградации сварных ферм под действием циклических нагрузок сделаны выводы о формирования их остаточного ресурса под комплексным влиянием многочисленных стохастических факторов. Существующие инженерные методики не учитывают этот факт и потому не обеспечивают необходимой точности расчета остаточного ресурса. На основании этого принято решение о целесообразности разработки статистической модели усталостной деградации сварной фермы и определения ее остаточного ресурса компьютерным имитационным моделированием. Для расчета остаточного ресурса типовой сварной фермы предложена статистическая модель усталостной повреждаемости конструкции, в основу которой положено одно из известных уравнений скорости роста усталостной трещины в элементах сварных конструкций при двухчастотных циклических нагрузках. Именно такой режим характерный для большинства сварных ферм, когда кроме эксплуатационных нагрузок конструкция испытывает собственные колебания, температурное, ветровое влияние и т.д. Использование предложенной статистической модели для имитационного моделирования усталостного повреждения методом Монте-Карло обеспечивает учет комплексного влияния стохастических параметров, однако точность результатов зависит от адекватности исходных информационных массивов, характеризующих эти параметры модели. В работе рассмотрено комплексное влияние таких стохастических факторов: предел текучести материала, амплитудные напряжения в цикле, критический коэффициент интенсивности напряжений, начальная длина трещины. Выполнена серия натурных исследований и сформирован массив предела текучести для стали ВСт3пс, которая используется при изготовления сварных ферм. Исследования выполнены как на стандартных образцах статическим растяжением, так и неразрушающим методом по твердости материала методом Бринелля с последующим пересчетом результатов в значения предела текучести. Определены вероятностные законы и статистические характеристики для этих массивов. При сравнении массивов оказалось, что предел текучести, определен натурным экспериментом, имеет низкий уровень соответствия с информацией из государственного стандарта и сертификатов качества завода-производителя металлопроката. Это одна из причин несоответствия расчетных и фактических значений остаточного ресурса. Сделан вывод, что для получения высокой точности расчетов имитационным моделированием целесообразно использовать информационные массивы, сформированные по результатам натурных испытаний. Разработана физическая модель типовой сварной фермы. Определены константы физического моделирования. Учтены основные положения статистической теории подобия усталостного разрушения. Под действием циклических нагрузок испытано 15 образцов физической модели, что соответствует разработанным статистическим планами исследований для получения относительной погрешности до 10% при доверительной вероятности не менее 90%. Зафиксированы моменты появления усталостных повреждений и разрушения конструкций. Определены статистические показатели и вероятностные законы распределений экспериментально полученных информационных массивов остаточного ресурса. Достоверность результатов, полученных натурным экспериментом, обеспечена использованием испытательного оборудования, прошедшим государственную метрологическую поверку, и применением стандартизированных методик испытаний. Выполнен расчет остаточного ресурса (количества циклов от момента появления начальной трещины до момента разрушения конструкции) под действием циклических нагрузок компьютерным имитационным моделирова¬нием методом Монте-Карло с использованием предложенной статистической модели и полученных исходных информационных массивов. В качестве исходной информации для статистической модели использованы опи¬саны выше результаты собственных исследований, а также и результаты других авторов. Приняты такие вероятностные законы распределения исходных параметров: начальная длина трещины – по закону Вейбулла, предел текуче¬сти материала и критический коэффициент интенсивности напряжений – по нормальному закону, амплитудные напряжения в цикле – по закону Релея. Компьютерное имитационное моделирование реализовано с помощью разработанного алгоритма и программного обеспечения для расчета. Выполнена верификация результатов имитационного моделирования. Точность определения количества циклов до наступления предельного состояния (остаточный ресурс), полученных имитационным моделированием, по сравнению с результатами натурных исследований составила 0,91...0,94. Предложена инженерная методика определения остаточного ресурса эксплуатируемых сварных фермовых конструкций по кривой живучести и приведен пример ее практического использования для сварных опор магистральных линий электропередач. Результаты работы могут быть использованы как при проектировании новых сварных фермовых конструкций, так и для проверки остаточного ресурса эксплуатируемых ферм.
The analysis of degradation of a weld-fabricated farms under cyclic loads allows to conclude that their residual resource is formed at the complex influence of many stochastic factors. To determine the residual resource of the typical weld-fabricated farm a statistical model is offered. At forming of input information arrays for this model the significant differences of characteristics of mechanical properties of the steel VSt3ps obtained according to the state standards, quality certificates of a manufacturer and full-scale researches of solid and welded samples are revealed. A physical model of the typical weld-fabricated farm, residual resource of which under cyclic loads is investigated as a full-scale experiment as well as a computer simulation by the Monte Carlo method with the use of the offered statistical model is developed. As a result of verification of modeling results a high level of their probability (0,91...0,94) is obtained, indicating an adequate selection of an analytical basis of the statistical model in the form of dependence to describe the kinetics of fatigue damage and the use of the input information arrays of the model obtained from the results of full-scale researches.
Description: Робота виконана у Тернопільському національному технічному університеті імені Івана Пулюя Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України Захист відбувся у 2012 р. на засіданні спеціалізованої вченої ради К58.052.01 у Тернопільському національному технічному університеті імені Івана Пулюя за адресою: 46001, м.Тернопіль, вул. Руська, 56, ауд. 79 З дисертацією можна ознайомитися у науково-технічній бібліотеці Тернопільського національного технічного університету імені Івана Пулюя за адресою: 46001, м. Тернопіль, вул. Руська, 56
URI: http://elartu.tntu.edu.ua/handle/123456789/1743
Content type: Thesis
Appears in Collections:01.05.02 – математичне моделювання та обчислювальні методи



Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.