Fatigue damage of the heel joint of welded roof truss

Abstract

Досліджено поведінку зварної кроквяної ферми 24000х2400 мм з профільних труб при комплексному впливові на неї статичного і циклічного навантажень. Конструкцію ферми взято з проектної документації виробничого приміщення, призначеного для роботи з підвісним конвеєром технологічної лінії. Вибрано схеми базування й навантажування ферми, які відповідають умовам роботи досліджуваної конструкції. Експлуатація несучих конструкцій за таких умов без попередніх досліджень є небезпечною, оскільки пошкодження формуються і накопичуються за нормативних циклічних навантажень, а руйнування настає раптово при досягненні втомної тріщини критичних розмірів. Для попередження руйнування конструкції й визначення допустимого терміну експлуатації ферми виконано дослідження з використанням методики комп’ютерного моделюючого експерименту за допомогою програмного комплексу SolidWorks Simulation. Виявлено, що максимальні напруження формуються на ділянці термічного впливу від зварного шва в опорних вузлах ферми. Саме в цих місцях відбувається зародження втомних тріщин і їх поширення аж до настання граничного стану конструкції. При дослідженнях враховано комплексний вплив конструктивних, технологічних і експлуатаційних чинників на формування параметрів напружено-деформівного стану до зародження втомної тріщини й упродовж її поширення. При комп’ютерному моделюванні використано фактичні характеристики міцності основного матеріалу, ділянок зварного шва і термічного впливу, які отримані авторами в попередніх дослідженнях. За отриманими результатами побудовано криву втоми для опорного вузла зварної кроквяної ферми. Дано рекомендації щодо умов експлуатації ферми та можливості використання отриманих результатів для подальших досліджень. Визначено, що проектний ресурс роботи ферми при експлуатаційних режимах навантажування становитиме 52 роки.

The investigation of the welded roof truss behavior under the complex influence of static and cyclic loads is carried out. The truss is made of the shaped pipes and its size is 24000x2400 mm. The technique of computer simulation experiment by means of SolidWorks Simulation software is used. It is found that the maximum stresses are formed in the area of thermal impact from the weld in the truss heel joints. During the truss operation, these stresses initiate the emergence of fatigue cracks and their growth until the structure ultimate state. The fatigue curve for the investigated structure is constructed. It is determined that the design service life of the truss under operational load modes is going to be 52 years.