Прочностной и деформационный анализ трехслойной ортотропной плиты с использованием программного комплекса ANSYS

Abstract

В статье проанализированы достоинства и недостатки трехслойных ортотропных плит. Показано, что при разработке конструкции таких плит необходимо прорабатывать технологию соединения элементов в составе конструкции. Использование лазерной сварки эффективно для соединения элементов небольших толщин. Такая сварка листовых элементов толщиной 12–50 мм имеет ряд ограничений, а прочностные характеристики соединений недостаточно исследованы. Поэтому при изготовлении конструкций большой грузоподъемности часто используются стальные трехслойные ортотропные плиты, соединение пластин между собой выполняется с применением электродуговой сварки. Имеющийся опыт показывает, что значительное количество пересечений сварных швов в местах соединений требует соблюдения определенной технологической последовательности выполнения работ для снижения деформаций, возникающих при сварке, и предотвращения возникновения трещин при эксплуатации в зонах с отрицательными температурами, а также квазистатических и переменных нагрузках. Выполнен анализ напряженно-деформированного состояния плиты с использованием многофункционального программного комплекса ANSYS. Проведено испытание модельной и натурной плит на действие поперечных нагрузок. Установлено, что вследствие сварочных напряжений возможно отклонение фактической геометрии плиты от проектной. Сопоставляя результаты вертикальных перемещений теоретических расчетов и натурных испытаний, обосновываются результаты отклонений. После проведения экспериментов и осмотра испытываемых образцов в местах соединения элементов между собой разрушение прорезных швов не выявлено. При достижении предельной нагрузки, прикладываемой к модели плиты, выявлены трещины в сварных швах, расположенных по периметру покрывочной плиты. Установлено, что в конструкции сварных трехслойных плит в местах пересечения листов между собой сварной шов является концентратором дефектов. Применение ручной или полуавтоматической сварки способствует зарождению трещин при переменных нагрузках и эксплуатации при отрицательных температурах. Данная проблема требует выявления трещиноопасных зон в трехслойных плитах с использованием методов неразрушающего контроля и экспериментальных исследований прочности разных технических решений с применением конструктивных и сварочных концентраторов напряжений.