Экспериментальное исследование четырех

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 7275 (2022) Цитировать эту статью

1246 Доступов

Подробности о метриках

Тонкостенные конструкции холодной штамповки были и остаются очень популярными конструкционными элементами, используемыми в машиностроении. Современные технологии и прогресс в области материаловедения позволяют изготавливать тонкостенные холоднодеформированные детали различной формы. Таким образом, для тонкостенных компонентов комбинации технологических возможностей, свойств материалов, нагрузок и технических требований широки и безграничны. Целью данной статьи является проведение экспериментального исследования холоднокатаных стальных балок с С-образным швеллером при четырехточечных изгибающих нагрузках на основе явлений глобального и локального выпучивания. Был разработан испытательный стенд со специально разработанной системой опор для воздействия на тонкостенные стальные балки четырехточечной изгибающей нагрузки, при этом опора и нагрузки прикладывались к центру сдвига стальной балки открытого сечения. Показано, что полностью исключить скручивающую нагрузку на тонкостенную балку открытого сечения, где нагрузка и опора действуют в центре сдвига, не удается, поскольку исследованные балки не были идеально изготовлены. Тонкостенные балки открытого сечения очень чувствительны к граничным условиям и геометрической точности. Сила гравитации тоже работает. Представленную методологию исследования можно усовершенствовать и провести испытания с другими тонкостенными балками открытого сечения.

Преимущества тонкостенных холоднодеформированных конструкций перед классическими металлургическими профилями таковы, что конструкции с аналогичными прочностными характеристиками значительно легче. Кроме того, тонкостенные детали, полученные холодной формовкой, имеют меньше ограничений с точки зрения процесса формовки. Технологические разработки прошлого года дали возможность осуществлять практически любую холодную обработку стальных деталей. Аналитические методы с тонкостенными стержнями и балками открытого сечения возникли из теории Власова (1940), в которой предположения о малых перемещениях и линейные свойства между напряжением и деформациями составляют основу для сформулированных математических зависимостей. Теория тонкостенных балок открытого сечения основана на предположениях теории длинных оболочек и пластин, где структурная жесткость, глобальная и локальная устойчивость играют ключевую роль при проектировании. Введение в теоретическую устойчивость стержней, оболочек, пластин и других конструкций описано Тимошенко и Гере1. В настоящее время существует множество научных работ, в которых прочность и устойчивость тонкостенных конструкций представляют интерес для инженеров и ученых.

Устойчивость тонкостенных балок открытого сечения изучалась Магнуки и др. и Магнука-Бландзи и Зайонц2. Магнуки и др.3 в своей монографии описали проблемы устойчивости в задачах прикладной механики. Они описали устойчивость основных структурных моделей, таких как стержни, балки и связанные системы структурных стержней. Они подробно представили устойчивость тонких прямоугольных или круглых пластин и вращающихся оболочек. В их работе есть глава, посвященная устойчивости тонкостенных балок с открытыми сечениями. Авторы применили энергетические методы для аналитических исследований, что представляет собой практическую проблему для решения проблем стальных резервуаров. Они представили практические примеры применения метода конечных элементов и современные эксперименты по проверке устойчивости. Тема устойчивости тонкостенной конструкции также была проанализирована Анбарасу4, 5. Он представил результаты поведения канала с тонкими кромками из холоднокатаной стали с тонкими стенками. Разработаны экспериментальный и вычислительный методы исследования. Исследованное взаимодействие форм потери устойчивости, таких как локальная, дисторсионная, латеральная, крутильная, было подвергнуто численному моделированию. Было оценено предельное сопротивление и адекватный изгибающий момент. Анбарасу5 в своем исследовании игнорировал остаточные напряжения и применял модель упруго-идеального пластического материала без деформационного упрочнения. Предложенная аналитическая формула, в которой оценивалось взаимодействие между формами потери устойчивости, может стать интересным инструментом проектирования для инженеров.