Technical condition assessment of metallic structures based on computer modelling

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Objective – determination of the causes of structural failure using computer modelling based on stress-strain state analysis. The initial data for the computer modelling included photographic material from the site of the accident, design documentation and technical specifications of the vehicle (loaded with timber) and the hydraulic shears. The software packages used were APM WinMachine, NX and Autodesk Inventor. The Finite Element Method in displacements was selected as the primary research method. Various crack initiation scenarios were considered, computer models were developed and an engineering analysis of the vehicle frame structure was performed. Computer modelling also identified the most likely cause of failure of the upper part of the hydraulic shear – exceeding the critical stress level (345 MPa, the yield strength of the 09G2S steel) for the material. The studied structures were characterised by complex geometries and a variety of loads acting on them. Welded seams were considered in their modelling. Geometric models of the structures, including the welded seams, were created in the software packages using the finite element method. On this basis finite element models of the structures were developed and analysed. As a result of the stress state calculations for the hydraulic shear, the maximum stress value (391 MPa), which is significantly higher than the yield strength, and the stress localisation for different loading cases were determined. Analysis of the results of the strength and stiffness calculations for all the models developed were used to test the hypotheses considered in the software packages. This made allowed identification of the most probable causes of failure. The developed methodology, along with the computer models and the results obtained, can be applied in the engineering and technical analysis of a variety of technical objects.

About the authors

I. N. Ryzhikov

Irkutsk National Research Technical University

Email: rin111@list.ru
ORCID iD: 0000-0001-6105-0659

A. E. Balanovsky

Irkutsk National Research Technical University

Email: fuco.64@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-6466-6587

References

  1. Щербаков А.П., Иванов Д.В. Особенности проведения судебных инженерно-технических экспертиз при исслесдовании сварных соединений рабочего органа ножа автогрейдера: монография. СПб.: СПбГАСУ, 2022. 292 с. EDN: HOSQMO.
  2. Шавлюга А.А., Таратанов Н.А., Карасев Е.В., Калашников Д.В. Применение программных комплексов для установления обстоятельств пожара // Технологии техносферной безопасности. 2017. № 3. С. 78–85. EDN: YOCMWV.
  3. Parmar R.S. Welding engineering and technology. Yayımcı: Khanna Publishers, 2010. 1374 р.
  4. Polakowski N.H., Ripling F.J. Strength and structure of engineering materials. New Jersey: Prentice-Hall, 1966. 535 р.
  5. Repetskiy O., Ryzhikov I., Lutaenko N., Latin A. Vibration of mistimed bladed discs // Futures in Mechanics of Structures and Materials: Proceedings of the 20th Australasian Conference on the Mechanics of Structures and Materials (Toowoomba, 2–5 December 2008). Toowoomba: QLD, 2008. P. 719–722. EDN: MWCKFW.
  6. Maksimow V., Petukhow E., Jankovic D. Determination of semitrailers supporting units loading with pliancy elastic suspension brackets elements calculations // XV Conference Science and motor vehicles (Belgrad, 15–18 May 1995). Belgrad, 1995. P. 141–143.
  7. Барышников Ю.Н. Расчет нагрузок на несущую систему транспортных средств // Инженерный журнал: наука и инновации. 2013. № 12. С. 11. EDN: RSGRZL.
  8. Пыхалов А.А., Милов А.Е. Контактная задача статистического и динамического анализа сборочных роторов турбомашин: монография. Иркутск: ИрГТУ, 2007. 190 с. EDN: OWXBOJ.
  9. Антипин С.А., Пыхалов А.А., Пашков А.А. Определение параметров искажений форм геометрии маложестких крупногабаритных деталей с учетом влияния на них силы собственного веса и условий закрепления // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2024. Т. 20. № 3. С. 175–184. https://doi.org/10.36622/1729-6501.2024.20.3.027. EDN: EHKUER.
  10. Барышников Ю.Н. Проблемы создания математических моделей для расчета несущих систем карьерных самосвалов // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. 2011. № 4-2. С. 54–56. EDN: QLILIF.
  11. Бусел Б.У. Категории карьерных дорог // Автомобильная промышленность. 2003. № 2. С. 17–19.
  12. Еременко С.Ю. Методы конечных элементов в механике деформируемых тел: монография. Харьков: Основа, 1991. 272 с.
  13. Зенкевич О.С. Метод конечных элементов в технике / пер. с англ.; под ред. Б.Е. Победри. М.: Мир, 1975. 541 с.
  14. Испеньков С.А., Ракицкий А.А. Моделирование динамического поведения карьерных самосвалов особо большой грузоподъемности в среде ANSYS // Теоретическая и прикладная механика: международный научно-технический сборник. Минск: БНТУ, 2010. Вып. 25. С. 295–300.
  15. Мариев П.Л., Кулешов А.А., Егоров А.Н., Зырянов И.В. Карьерный автотранспорт стран СНГ в XXI веке. СПб.: Наука, 2006. 387 с.
  16. Мазурин А. SCAN: от проектирования до компьютерного анализа и стендовых испытаний // САПР и графика. 2001. № 6. С. 23–24.
  17. Repetskiy O., Ryzhikov I., Schmidt R. Investigations of impact of various types of mistuning on bladed disks vibration and fatigue life // 8th Iftomm International Conference on Rotor Dynamics 2010 (Seoul, 12 September – 15 October, 2010). Seoul: Curran Associates, 2012. Vol. 1. Р. 603. EDN: XHWKXE.
  18. Шермухамедов А.А., Усманов И.И., Салимджанов Р.Т., Тогаев А.А. Методы расчета и испытания автотракторных прицепов отечественного производства: монография. Ташкент: ТАДИ, 2012. 132 с.
  19. Щербак О.В., Бойко С.И., Дибров Е.И., Гуменюк И.А. Оценка прочности несущих систем спецтехники, созданных на базе автомобильных шасси // Вестник Харьковского национального автомобильно-дорожного университета. 2014. Вып. 65-66. С. 135–138.
  20. Яценко Н.Н. Форсированные полигонные испытания грузовых автомобилей. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1984. 328 с.
  21. Лагерев И.А. Методика моделирования эксплуатационной нагруженности металлоконструкции мостового крана // Наука и производство 2009: матер. Междунар. науч.-практ. конф. (г. Брянск, 19–20 марта 2009 г.). Брянск: БГТУ, 2009. С. 312–314.
  22. Щербаков А.П., Пушкарев А.Е., Манвелова Н.Е. Рабочие механизмы строительных машин и способы технологического обеспечения прочности сварных соединений из высокопрочных сталей // Недвижимость: экономика, управление. 2020. № 1. С. 63–68. EDN: ECRNJH.
  23. Щербаков А.П., Пушкарев А.Е., Манвелова Н.Е. Оценка напряженно-деформированного состояния в зоне сварного соединения для рамы автопогрузчика // Известия Московского государственного технического университета «МАМИ». 2020. № 2. С. 93–101. https://doi.org/10.31992/2074-0530-2020-44-2-93-101. EDN: LNNLPK.
  24. Щербаков А.П., Пушкарев А.Е., Максимов С.Е. Замена материала рабочего органа как путь повышения надежности дорожно-строительных машин // Вестник Сибирского государственного автомобильно-дорожного университета. 2021. Т. 18. № 6. С. 646–661. https://doi.org/10.26518/2071-7296-2021-18-6-646-661. EDN: JSBBJP.
  25. Scherbakov A., Babanina A., Breskich V., Klyovan V. The impact of external influences on the characteristics of metals of welded structures of construction machines // Interagromash 2021: Proceedings 14th International Scientific Conference. Rostov-on-Don: Springer, 2022. Vol. 247. P. 973–982. https://doi.org/10.1007/978-3-030-80946-1_88. EDN: NHTRFA.
  26. Еловенко Д.А., Репецкий О.В. Анализ напряженного состояния упругой полуплоскости, нагруженной постоянным давлением на ограниченных промежуточных участках с заданным периодом, методом конечных элементов на базе программного комплекса MSC.MARC // Известия Иркутской государственной экономической академии. 2011. № 5. С. 171–175. EDN: OIGIKD.
  27. Repetskii O.V. Use of the FEM to solve the thermoelasticity problem of turbine blades // Strength of Materials. 1990. Vol. 22. No. 12. P. 1848–1854. https://doi.org/10.1007/BF00769137. EDN: XOJDLQ.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).