Оцінка впливу дефектів матеріалу на роботу елементів сталевих конструкцій

Анотація

Мета. Метою роботи є дослідження впливу дефектів металопрокату різного походження на напружено-деформований стан і несучу здатність елементів металевих конструкцій, а також оцінювання ступеня їх впливу залежно від типу та об’єму дефектності. Методика. Дослідження виконано із застосуванням методу скінченних елементів із використанням розрахункової моделі у вигляді консольної балки прямокутного поперечного перерізу. Розглянуто декілька варіантів довжини елемента та різні сценарії його роботи: для однорідного матеріалу без дефектів, а також для моделей із внутрішніми порожнинами та поверхневими пошкодженнями. Внутрішні дефекти моделювалися у вигляді локальних об’ємних порожнин, тоді як зовнішні –  у вигляді геометричних нерівностей поверхні. Для кожного випадку визначалися напруження та переміщення з подальшим порівнянням результатів. Результати. Отримані результати показали, що наявність дефектів призводить до зміни характеру розподілу напружень і збільшення переміщень у порівнянні з моделями без дефектів. Встановлено, що зі збільшенням об’єму дефектів відбувається зростання еквівалентних напружень і прогинів конструктивного елемента. При цьому внутрішні дефекти виявляють більш суттєвий вплив, оскільки сприяють утворенню локальних концентрацій напружень у матеріалі. Зовнішні дефекти також впливають на роботу елемента, проте їх дія є менш вираженою. Крім того, виявлено залежність між геометричними параметрами балки та чутливістю до дефектності: зі збільшенням довжини елемента вплив дефектів посилюється. Наукова новизна. У роботі отримано узагальнені кількісні оцінки впливу внутрішніх і зовнішніх дефектів на напружено-деформований стан елементів металевих конструкцій. Показано відмінності у впливі різних типів дефектів та встановлено залежність цього впливу від геометричних параметрів елементів. Практична значимість. Результати дослідження можуть бути використані при оцінюванні технічного стану та залишкової несучої здатності металевих конструкцій із дефектами. Запропонований підхід до моделювання дозволяє враховувати реальну дефектність матеріалу при виконанні інженерних розрахунків. Отримані залежності доцільно застосовувати при визначенні допустимого рівня дефектів і уточненні коефіцієнтів запасу міцності.