Конструкционная безопасность. Глава 3 определ подкрановой балки. Практические приложения
 Скачать 270.05 Kb.
|
ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРИЛОЖЕНИЯРасчетные задания по курсу механики деформирования и разрушения Расчетные задания выдаются каждому студенту, аспиранту или слу- шателю факультета повышения квалификации и имеют целью закрепление основных положений курса лекций путем решения различных конкретных прикладных задач. Объем расчетных заданий соответствует содержанию курса лекций; для выполнения заданий и необходима проработка матери- алов, излагаемых в курсе, а также дополнительных литературных источ- ников, указанных в лекционном курсе. Задания охватывают такие разделы курса, как концентрация напря- жений и деформаций в упруго-пластической области, сопротивление де- формациям и образованию разрушения при кратковременном, длительном статическом и циклическом нагружении, предельные состояния (по кри- тическим напряжениям и размерам дефектов) в телах с трещинами при указанных выше нагрузках. Самостоятельное выполнение заданий позволяет наиболее эффек- тивно ознакомиться с основополагающими результатами механики де- формирования и разрушения, лежащей в основе современных методов определения прочности и долговечности машин и конструкций нефтега- зохимических производств. При этом вырабатывается понимание роли кинетики напряженно-деформированных состояний и нелинейных крите- риев разрушения, фундаментальных новых характеристик механических свойств, определяемых при нестандартных испытаниях, наряду с широко применяемыми в традиционных курсах сопротивления материалов, теории упругости, пластичности и ползучести. ПОРЯДОК ВЫДАЧИ И ПРИЕМА ЗАДАНИЙ Каждый из слушателей на лекциях получает один из вариантов за- дания, не повторяющих по своей постановке другие задания. При выдаче заданий лектор знакомит с содержанием и целью заданий, сообщает номера заданий каждому слушателю и устанавливает порядок консультаций в не- лекционное время. Срок выполнения заданий устанавливается лектором по мере осве- щения в курсе лекций основных положений, входящих в задание Выпол- ненное задание представляется лектору для предварительной проверки и последующего краткого опроса слушателя по заданию. По материалам выполненных заданий слушатели на последнем лекционном занятии де- лают краткие сообщения о порядке и результатах расчетов. Эти сообщения являются одним из элементов проведения зачета по курсу механики де- формирования и разрушения. ПОРЯДОК ОФОРМЛЕНИЯ ЗАДАНИЙ Задание выполняется на бумаге формата А4. На титульном листе указываются: наименование института; наименование кафедры; наимено- вание задания и курса; номер варианта задания; фамилия, инициалы, должность, ученая степень и место работы слушателя; фамилия и инициалы лектора; семестр и учебный год. На первой странице задания приводятся только условия задания, расчетная схема и обходные данные. Текстовая часть заполняется чернилами, графическая - карандашом или тушью. Решение должно сопровождаться пояснениями, ссылками на фор- мулы, схемы и литературные источники в соответствии с требованиями по подготовке рукописей к опубликованию. Решение не должно включать промежуточные числовые операции и определения размерностей конечных величин (размерности указываются только у конечного результата). В заключительной части задания делается анализ полученного ре- зультата с точки зрения работоспособности деталей и элементов кон- струкций, необходимости увеличения или уменьшения сечений, изменения материалов или режимов работы.
  Расчетные задания по курсу механики деформирования и разрушения для слушателей ФПК   Вариант 2. Определить толщину стенки сферического сосуда с укрепленным отвер- стием, создающем концентрацию напряжений с = 2,2. Сосуд подвергается действию дав- ления р = 10 МПа при 5102 циклов и 8 МПа при 103 циклов. Материал сосуда - сталь с т = 1000 МПа, в = 1200 МПа и = 25%, D = 1500мм, nт = 1,5.  Вариант 3. Проверить прочность резь- бового фланцевого соединения при длитель- ном нагружении (для = 104 час и t = 600°С). Материал 16 болтов - аустенитная сталь т 0Х18Н10Т ( t = 100 МПа, t = 180 МПа, t = в 45%). Давление на крышку р = 1200 МПа; диаметр крышки D = 500 мм; диаметр болтов 50 мм.  Вариант 4. Определить долговечность (по стадии образования трещины) диска тур- бины, изготовленного из аустенитной стали 0Х18Н10Т. Температура эксплуатации t = 600C (т = 100 МПа, в = 180 МПа, = 45%).Время одного цикла нагружения равно 5102 час; номинальные напряжения в зоне укреп- ления лопаток равны 62 МПа, коэффициент концентрации напряжений для паза = 2,4. max Вариант5. Проверить остаточную прочность сосуда диаметром 920 мм с толщиной стенки 9 мм, нагруженного статическим давлением 5 МПа. В сосуде был обнаружен сквозной дефект длиной 18 мм. При испытаниях плоского образца шириной 100 мм с центральной трещиной длиной 30 мм из материала сосуда были определены разрушающие напряжения 160 МПа. Предел текучести материала сосуда 240 МПа. Вариант 6. Определить допустимый ресурс трещины в обшивке са- молета из алюминиевого сплава в зоне кругового иллюминатора диаметром 200 мм. Кольцевые и продольные напряжения от внутреннего давления в обшивке равны 80 и 40 МПа. Прочность образца шириной 120 мм с трещи- ной длиной 20 мм при осевом растяжении были равны 230 МПа. Запас прочности должен быть не ниже 1,7. Вариант 7. Определить необходимое снижение допускаемой нагрузки на цилиндрическую растяжку антенны диаметром 27 мм, рассчитанной на статическую прочность с запасом nт по пределу текучести, равному 3 (т = 600 МПа). В основании первого витка резьбы М27х3 была обнаружена трещина глубиной 1,2 мм. При испытании цилиндрического образца диа- метром 20 мм с кольцевой трещиной глубиной 2 мм были получены разру- шающие напряжения 320 МПа. Вариант 8. Определить время до проведения ремонтных работ на подкрановой балке, рассчитанной с запасом по пределу прочности nв = 2,6 (в = 500 МПа). Балка нагружается в течение месяца 103 раза. В полке балки после ее изготовления были обнаружена трещина длиной 10 мм. При цик- лических испытаниях образца шириной 140 мм с боковой трещиной длиной 12 мм при напряжениях 180 МПа трещина за первые 10 циклов увеличилась на 2,4 мм, за вторые 10 циклов – на 3,7 мм. Разрушение образца произошло при длине трещины 23 мм. Запас прочности балки не должен быть ниже 2,1. Вариант 9. Подобрать размеры бондажного кольца для сосуда давле- ния диаметром 210 мм с толщиной стенки 8 мм, в котором была обнаружена сквозная трещина длиной 6 мм. Давление в сосуде определено по условию прочности ( nт = 2,1; т = 1400 МПа). Разрушающие напряжения для об- разца шириной 80 мм с центральной трещиной длиной 4 мм составили 1020 МПа. Вариант 10. Определить снижение запаса прочности плоской стяжки, имеющей трещину длиной 3 мм за 10 месяцев работы. Напряжения в стяжке от длительной статической нагрузки при температуре 600С равна 120 МПа. В плоском образце шириной 70 мм с боковой трещиной 4 мм при t = 600°С и напряжениях 150 МПа приращение трещины за первые 100 час составило 1,7 мм, а за вторые - 2,9 мм. Вариант 11. Подобрать диаметр D и глубину трещины цилиндри- ческой разрывной стяжки стартовой установки. Вес летательного аппарата 21 т., необходимое тяговое вертикальное усилие при старте должно обес- печить ускорение 2g. Число стяжек 3. Стяжка при старте разогревается до 180°С. Материал стяжки закаленная сталь 30ХГСА. Разрушающие напря- жения для образца диаметром 18 мм с кольцевой трещиной глубиной 3 мм при комнатной температуре составляют 900 МПа при пределе текучести стали 1300 МПа. Вариант 12. Подобрать толщину стенки. Назначить требования де- фектоскопического контроля для несущей стенки ракетного двигателя, охлаждаемого жидким кислородом. Диаметр камеры сгорания 2100 мм, давление в момент пуска 5,5 МПа, на активном участке 6,4 МПа. Запас по пределу текучести nт = 1,15. Температура стенки в начале запуска -180°С, в конце +120 °С. Предел текучести стали корпуса при комнатной температуре 1500 МПа, предел прочности 1650 МПа. Запас по разрушающим напряже- ниям должен быть не ниже 1,1. Вариант 13. Проверить возможность продления ресурса энергетиче- ской установки, отработавшей 15 лет при температуре 580°С, За время экс- плуатации установка испытала 1500 циклов нагружения. Расчет осуществ- лялся по статической прочности с запасами nт = 1,5 и n = 1,6. Материал установки сталь Х18Н10Т ( т = 110 МПа, в = 230 МПа, = 45%). Наибо- лее нагруженная зона - входной патрубок с коэффициентом концентрации = 2,1. Вариант 14. Подобрать толщину стенки корпуса реактора, изготов- ленного из малоуглеродистой стали ( т = 400 МПа, в == 550 МПа, = 60%). Сосуд работает под давлением р = 15 МПа в условиях накопления радиационных повреждений, вызывающих равномерное охрупчивание ос- новного металла ( т = 600 МПа, в = 650 МПа, = 25%). Гидроиспытания проводятся при давлении р2 = 1,25р. Корпус реактора испытывает при экс- плуатации 2000 циклов нагружения давлением р и 40 циклов давлением рг. При расчете использованы запасы nт = 1,5; nв = 2,6; запасы по долговеч- ности n N = 20 и по амплитудам деформаций ne = 2. Наибольшие напряже- ния возникают у патрубка с = 2,3. Вариант 15. Подобрать толщину плакирующего слоя в корпусе реак- тора (см. вариант 14), работающего при давлении р = 15 МПа и испытыва- емого гидравлическим давлением р2 = 1,25р. В начальный период свойства металла корпуса т = 400 МПа, в = 550 МПа, = 60%, в конце срока эксплуатации за счет радиационных повреждений т = 600 МПа, в = 650 МПа, = 25%. Разрушающие напряжения для образцов сечением 20х80 мм2 с центральной трещиной 25 мм для исходного состояния 320 МПа, после повреждений – 380 МПа. Плакирующий слой создается из вязкой стали Х12Н10Т и должен обеспечить указанные выше запасы при глубине тре- щины в основном металле до 8 мм под плакирующим слоем. |