Последовательность проведения проверочного расчета элемента конструкции

№113-1,

технические науки

В статье приводится последовательность проведения проверочного расчета силового элемента некоторой конструкции. Данная конструкция предварительно была рассчитана с применением систем автоматизированного проектирования Компас. В качестве проверочного расчета были использованы проверка по напряжениям сжатия и проверка на устойчивость.

Похожие материалы

При проектировании различных технических устройств, важным этапом является выбор материала и определение необходимой формы и размеров силовых элементов конструкции. Значительную часть работ проектирования конструкций в настоящее время возможно автоматизировать. Некоторые системы автоматизированного проектирования имеют интегрированные приложения, позволяющие оптимизировать многие параметры. Тем не менее, в практике проектирования актуальными остаются инженерные расчеты, которые выполняют в качестве проверочных.

Анализ данных, полученных с использованием метода конечных элементов, позволяет сделать вывод о том, что в наибольшей степени в проектируемой конструкции нагружена центральная стойка, выполненная в виде квадратной трубы (рис. 1).

Центральная стойка
Рисунок 1. Центральная стойка

Эта стойка воспринимает деформацию сжатия. Значения напряжений в материале стойки варьируются от 30 до 40 МПа в зависимости от высоты стойки и распределения нагрузки. Из картины распределения напряжений можем сделать вывод, что для выбора номера профиля будет достаточным в нашем случае расчет на прочность на сжатие и уточняющий расчет стойки на устойчивость. В качестве рассчитываемой была выбрана стойка с наибольшей вероятной нагрузкой — находящаяся в центре. Воспользуемся основным уравнением прочности для определения необходимого размера поперечного сечения этой квадратной трубы.

Зададим вес, который будут воспринимать опорные стойки. Пусть этот вес будет задан со значительным запасом и составит 50 кг на одну стойку. Это значение позволяет учитывать вес размещаемого на лабораторном столе оборудования, распределенный равномерно между всеми опорами.

Из уравнения прочности необходимо выразить значение площади сечения проектируемой детали, которая обеспечит надлежащую прочность. В уравнение прочности на сжатие входят следующие данные: N — нагрузка на проектируемое устройство, Н; [Ϭ] — допускаемое нормальное напряжение, материала центральной стойки, МПа.

Поскольку предполагается изготовление конструкции из стальных профилей, то [Ϭ] = 160 МПа.

Таким образом, требуемая площадь сечения из расчета на сжатие составляет 31,3 мм2.

Поскольку стойка имеет длину, превышающую размер поперечного сечения многократно, то в качестве дополнительного силового расчета примем расчет на устойчивость по методике Эйлера. В уравнение Эйлера следует подставить такие показатели, как Е — модуль упругости стали, равный 200000 МПа; минимальный момент инерции сечения рычагов; коэффициент, учитывающий вариант закрепления стойки; при жестком креплении будет составлять 4; длина сойки, в нашем случае этот показатель примем равным 670 мм.

Таким образом, минимальный момент инерции силового элемента конструкции будет составлять значение равное 455,3 мм3.

По найденному значению минимального момента инерции выполним подбор профиля.

Согласно ГОСТу 30245 — 2003 достаточным для обеспечения прочности и жесткости будет минимально возможная в соответствии со стандартом труба квадратная 40х40х2 со справочным значением момента инерции I = 6940 мм3.

Таким образом, выбранная квадратная труба позволит обеспечить значительный запас прочности: из условия расчета на устойчивость запас прочности составит 15 раз, из условия расчета на прочность при сжатии — 5 раз.

Список литературы

  1. Азизов И.И., Карханов А.В., Киселев В.В. Актуальность разработки и применения мобильных подъемных устройств для проведения ремонта пожарной техники. / В сборнике: Надежность и долговечность машин и механизмов. Сборник материалов IX Всероссийской научно-практической конференции. — 2018. — С. 3-5.
  2. Грибков, В.М., Карпекин П.А. Справочник по оборудованию для ТО и ТР автомобилей. М.: Россельхозиздат, 2008. — 223 с.
  3. Российская автотранспортная энциклопедия. Техническая эксплуатация. — М.: 2008.Том — 3. — 426 с.