Расчет мостовых конструкций из алюминиевых сплавов на выносливость

Введение.

Рассматривается разработанная методика расчета мостовых конструкций из алюминиевых сплавов, работающих в условиях многоциклового нагружения, на выносливость, и предложенная для совершенствуемой в настоящее время нормативной документации по расчету автодорожных мостов из алюминиевых сплавов в РФ.

Материалы и методы.

Методика основана на результатах комплексных лабораторных испытаний ряда перспективных для производства мостовых конструкций алюминиевых сплавов 1915Т, АД35 Т1, 1565чМ, EN AW-6082 Т6. В ходе статических испытаний образцов данных сплавов до разрушения и усталостных испытаний до образования усталостных трещин при различных значениях коэффициента асимметрии цикла получены физико-механические и усталостные характеристики. В теоретическую основу методики положены отечественные разработки по расчету выносливости стальных конструкций и зарубежные нормативные материалы по расчету выносливости мостовых конструкций из алюминиевых сплавов.

Результаты.

Достоверность разработанной методики проверялась в процессе статических и усталостных испытаний натурного пешеходного моста из сплава 1915Т и ортотропных плит из сплава EN AW-6082 Т6, спроектированных НИУ МГСУ и изготовленных заводами в РФ «ГС-Резерв», «КраМЗ» и «Сеспель» с помощью современных инновационных технологий экструдирования и сварки трением с перемешиванием. Расхождения экспериментальных результатов с результатами расчета по предложенной методике находятся в пределах 5-20 %.

Выводы.

Разработанная методика может быть также применима к другим типам конструкций, выполненным из алюминиевых сплавов, - резервуарам, трубопроводам, высотным сооружениям, и испытывающим многократные циклические воздействия.

1. Бородкина В. В., Рыжова О. В., Улас Ю. В. Перспективы развития алюминиевого производства в России // Фундаментальные исследования. 2018. № 12. С. 72-77.

2. Грищенко Н. А., Сидельников, С. Б., Губанов И. Ю., Лопатина Е. С., Галиев Р. И. Механические свойства алюминиевых сплавов : монография. Красноярск : СФУ, 2012. 194 с.

3. Агафонов Р. Ю. Структура и механические свойства сплавов на основе алюминия с добавками редкоземельных металлов : автореф. дис. … канд. техн. наук. М., 2016. 21 c.

4. Рожин А. В. Совершенствование процессов легирования и модифицирования алюминиевых сплавов на основе систем AL-CU-MG И AL-ZN-MG-CU : дис. … канд. техн. наук. Екатеринбург, 2013. 22 с.

5. Трищенко В. И. Алюминиевые мосты: спрос отстает от предложения // Транспорт Российской Федерации. 2017. № 5 (72). C. 73-78.

6. Коргин А. В., Романец В. А., Ермаков В. А., Зейд Килани Л. З. Перспективы и проблемы применения алюминиевых сплавов при строительстве мостов в Российской Федерации // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В. Г. Шухова. 2018. № 9. С. 42-46. DOI: 10.12737/article_5bab4a1a42eee3.23235487

7. Хажинский Г. М. Основы расчетов на усталость и длительную прочность. М. : URSS, 2016. 168 с.

8. Жунев К. О., Мурованный Ю. Н., Яшнов А. Н. Исследование усталостной долговечности сварных соединений железнодорожных пролетных строений // Транспортные сооружения. 2020. Т. 7. № 2. С. 4. DOI: 10.15862/06SATS220

9. Ping Hwa. Fatigue behaviour of 6061 aluminium alloy and its composite. Tesis, Dublin City University, 2001.

10. Коргин А. В., Одесский П. Д., Ермаков В. А., Зейд-Килани Л. З., Романец В. А., Королева Е. А. Прочность алюминиевых сплавов для мостостроения // Деформация и разрушение материалов. 2019. № 8. С. 10-19. DOI: 10.31044/1814-4632-2019-8-10-19

11. Korgin A. V., Romanets V. A. Fatigue strength of aluminum alloy structures // IIOAB Journal. 2020. Vol. 1. Issue S2. Pр. 1-10.

12. Махутов Н. А., Резников Д. О. Методы оценки напряженно-деформированного состояния в зонах конструктивной концентрации при штатных и аварийных режимах нагружения // Проблемы безопасности и чрезвычайных ситуаций. 2018. № 4. С. 3-27.

13. Астафьева Н. А., Бузин А. С. Исследование влияния видов предварительной обработки на качество сварных облегченных конструкций из алюминиевых сплавов // Вестник ИрГТУ. 2018. Т. 22. № 7 (138). С. 10-18. DOI: 10.21285/1814-3520-2018-7-10-18

14. Дриц А. М., Нуждин В. Н., Овчинников В. В., Конюхов А. Д. Исследование усталостной долговечности основного материала и сварных соединений листов из сплава 1565ч // Цветные металлы. 2015. № 12 (876). С. 88-93. DOI: 10.17580/tsm.2015.12.17

15. Овчинников В. В., Парфеновская О. А., Губин А. М. Влияние режима сварки трением с перемешиванием на прочность стыковых соединений алюминиевого сплава 1565ч // Технология металлов. 2020. № 7. С. 23-32. DOI: 10.31044/1684-2499-2020-0-7-23-32

16. Верхов Е. Ю., Морозов Ю. А. Анализ и разработка технологии изготовления гнутых толстолистовых деталей // Вестник МГОУ. Серия: Техника и технология. 2011. № 4. С. 14-19.

17. Korgin A., Romanets V., Ermakov V., Zeyd-Kilani L. Experimental and analytical study of an aluminium alloy bridge made of 1915T // MATEC Web of Conferences. 2018. Vol. 251. P. 04005. DOI: 10.1051/matecconf/201825104005

18. Siwowski T. FEM modelling and analysis of a certain aluminium bridge deck panel // Archives of Civil Engineering. 2009. Vol. 3. Pp. 347-365.

19. Patton G. Aluminum orthotropic desk research report // Archive Florida Departement of Transportation. 2017. 52 p.

20. Билалов Д. А., Баяндин Ю. В., Наймарк О. Б. Численное моделирование процесса разрушения алюминиевых сплавов при динамическом и усталостном нагружении // XХI Зимняя школа по механике сплошных сред: тезисы докладов. 2019. С. 46.