Study of influence of the auxiliary factors onto characteristics of elastic-plastic deformation in the stress concentrator of the beam-wall with broken edges

Abstract

Досліджено тонкостінну сталеву балку-стінку зі зламом кромок, яка входить до складу багатьох конструкцій. Стінка цієї балки складається з двох призматичних частин з прямолінійним переходом від меншої висоти стінки до більшої, утворюючи разом з кромками призматичних частин ламану верхню кромку. Нижня прямолінійна кромка стінки кріпиться до обшивки. На балку-стінку діють статичні та циклічні навантаження, при яких у концентраторі напружень можуть виникати пружно-пластичні деформації. Це спричиняє невиконання статичної міцності та ріст втомних тріщин. Фактори, які впливають на параметри пружно-пластичного деформування в концентраторі цієї балки, практично не вивчені. Представлено результати дослідження впливу товщини балки-стінки та балансування вектора навантажень на значення статичних та циклічних розмахів пружно-пластичних деформацій у концентраторі напружень. Виявлено, що балансування вектора навантажень значно покращує результати пружно-пластичних деформацій при однократному статичному навантаженні й дозволяє застосовувати більший крок навантаження для отримання тих же результатів, ніж за відсутності балансування. Застосування балансування вектора навантажень призводить до стабілізації петлі циклічних деформацій практично з 1-го циклу. Якщо балансування відсутнє, то стабілізація відбувається тільки з 3-го циклу. На відміну від статичних, значення циклічних розмахів не залежить від застосування чи незастосування балансування, і залишається практично стабільним при фіксованих геометричних параметрах та навантаженні. Поступове зменшення товщини балки-стінки викликає ріст розмаху (статичних і циклічних) пружно-пластичних деформацій у концентраторі напружень. Отримані результати скоротять час при плануванні серійних розрахунків пружно-пластичного деформування балки-стінки зі зламом кромок з метою створення відповідних методик проєктування

The thin-walled steel beam-wall with broken edges is being investigated, which is a part of many structures. The wall of this beam consists of two prismatic parts with a linear transition from a smaller to a larger wall height, together forming an angular upper edge with the edges of the prismatic parts. The lower linear edge of the wall is attached to the sheathing.The beam-wall is subjected to static and cyclic loads, under which elastic-plastic strains may occur in the stress concentrator. This leads to failure of static strength and growth of fatigue cracks. The factors influencing the parameters of elastic-plastic deformation in the stress concentrator of this beam are practically unstudied. The article under discussion presents the results of studying the influence of the beam-wall thickness and load vector balancing on the values of static and cyclic ranges of elastic-plastic strains in the stress concentrator. It had been found that load vector balancing significantly improves the results of elastic-plastic strains under single static loading and allows for the use of a larger load increment to achieve the same results as when no balancing is applied. Applying load vector balancing stabilizes the cyclic deformation loop practically from the first cycle. If balancing is absent, stabilization occurs only from the third cycle. Unlike static ones, the values of cyclic ranges do not depend on the application or non-application of balancing and remain practically stable with fixed geometric parameters and loading. Gradual reduction in the thickness of the beam-wall causes an increase in the range (static and cyclic) of elastic-plastic strains in the stress concentrator. The obtained results will shorten the time required for planning serial calculations of elastic-plastic deformation of the beam-wall with broken edges to develop appropriate design techniques. Key words: elastic-plastic deformation, cyclic diagrams, beam with broken edges, finite elements