Fatigue failure of gusset plates nodes of welded truss

Abstract

Із використанням комп’ютерного моделювання у програмному комплексі ANSYS Workbench 19.1 виконано дослідження втомної пошкоджуваності зварної прямокутної ферми 4954 х 1596 мм при дії зосередженого циклічного навантаження на центральний вузол верхнього пояса. Конструктивно зварна ферма виготовлена з профільних труб різноманітних розмірів зі сталі ВСт3пс. Вузлові з’єднання ферми виконані через фасонку. Вузлові фасонки виготовлені з прокатної листової сталі товщиною 5 мм у вигляді трапецій, які встановлені у попередньо виконані вирізи у поясах ферми. Зварні з’єднання виконано напівавтоматичним дуговим зварюванням у середовищі CO2 з використанням дротового електрода Св08Г2С, катет зварного шва 5 мм. Обрана схема навантажування та базування ідентифікує експлуатаційний режим для такого типу фермової конструкції, а саме для підкроквяних ферм, до яких прикріплені підкроквяні шляхи мостових підвісних механізмів. За результатами виконання комп’ютерного моделюючого експерименту в середовищі ANSYS Workbench 19.1 отримано рівень напружень та їх розподіл в елементах та вузлах зварної ферми. Виявлено місця з найбільшими напруженнями, у яких будуть зароджуватися втомні тріщини, а саме у навколошовній зоні термічного впливу з’єднання фасонки із центральною стійкою у центральному вузлі нижнього пояса зварної ферми. Також отримано показники втомної пошкоджуваності в числовому вигляді кількості циклів до зародження втомної тріщини та до настання граничного стану конструкції. Визначено, що для режиму з максимальним навантаженням P=50кН критична довжина тріщини становить 117,2 мм. На базі отриманих числових показників побудовано криву втомної чутливості, яка візуалізує інтенсивність втомної пошкоджуваності залежно від величини прикладеного зовнішнього навантаження. Отримані результати дають можливість визначати рівень втомної пошкоджуваності зварних ферм як на стадії проектування, так і впродовж їх експлуатації.

The fatigue failure modeling of welded rectangular truss 4954 х 1596 mm size with gusset plates joints under external cyclic loading was studied in the paper. The sample is made of steel shaped tubes with various cross section areas. Loading and support schemes that identify the operating mode for this type of structure were selected. According to the results of computer simulation experiment in ANSYS Workbench 19.1 the stress value of welded truss nodes and the fatigue sensitivity curve were obtained. The results obtained in the paper can be applied both in the design of new trusses to prevent the destruction of structures in service.