Статические и динамические нагрузки: «Чем динамическая нагрузка отличается от статической?» – Яндекс.Кью

Содержание

Нагрузки на здание

Когда построенный дом «даёт сбой» в виде прогибающейся крыши, толстых трещин по фасаду и прочих неловкостей, нужно понимать, что в 80% случаев причиной такому развитию событий послужили неверные конструктивные расчеты.

Конструктивная система здания должна выдерживать два вида нагрузок: статические и динамические.

Схема нагрузок

Статические нагрузки:

Действуют на строение в течение длительного времени и постепенно достигают своего пика без резких скачков. На такие нагрузки здание реагирует медленно, и его деформация достигает максимума при максимальной статической силе.

Сюда относится:

Постоянная нагрузка – вес стен, перекрытий, крыши и всех постоянных элементов здания, включая коммуникации.

Снеговая нагрузка – нагрузка, создаваемая скопившимся на здании снегом. Она зависит от геометрии крыши, строительного района и самой местности (открытость территории, ветер).

Дождевая нагрузка – образуется в результате скопления дождевой воды на крыше из-за особенностей её формы или нарушений водосточной системы.

Временная(”живая”) нагрузка – нагрузка, которую создают все перемещающиеся и движущиеся объекты, например, находящиеся в здании люди, размещаемое временное оборудование/механизмы и т.п. Действует, как правило, вертикально, но может и горизонтально, что отражает её динамический характер.

Ударная нагрузка – кратковременная кинетическая нагрузка со стороны движущихся транспортных средств, оборудования и механизмов.

Динамические нагрузки:

Действуют на здание в течение короткого времени, часто с большим и резким перепадом значений или на разных участках. Под действием динамической нагрузки в здании образуются внутренние силы, в зависимости от его массы, и не всегда величина деформации соответствует величине приложенной силы.

Два основных вида динамических нагрузок:

Сейсмическая – характерные для географических районов с сейсмической активностью (в таких районах вообще своя специфика строительства и проектирования).

Ветровая нагрузка – сила, образующаяся благодаря кинетической энергии массы воздуха, движущейся в горизонтальном направлении.

НАДО ПОМНИТЬ:

Каркас, компоненты и облицовка здания должны быть спроектированы т.о., чтобы выдерживать силу ветра, не перемещаясь и не переворачиваясь под его воздействием.

Ветер оказывает положительное давление в горизонтальном направлении на поверхности с наветренной стороны здания и на поверхности, расположенные под углом более 30 градусов.

Ветер оказывает отрицательное давление на боковые стороны с подветренной стороны и на поверхности здания, расположенные под углом менее 30 градусов.

 

Автор: Анастасия Кузнецова

При цитировании – ссылка на сайт обязательная

Нагрузки на анкерные крепления | MKT — Россия

Разрушение анкерных креплений может быть обусловлено разными причинами, и одна из них — неправильный выбор крепежей и, как следствие, их перегрузка. Все производители в каталогах или технических условиях указывают расчетные нагрузки для анкеров при установке в разные базовые материалы. Для создания надежных креплений эти параметры обязательно следует учитывать при выборе крепежных изделий.

При выпуске анкеров определяются предельные нагрузки, способные разрушить крепление. Для этого проводятся специальные испытания, при которых правильно установленное анкерное крепление подвергается нагрузкам до разрушения с фиксированием соответствующей нагрузки и разрушения.

Силы, действующие на крепежи в несущих конструкциях, отличаются направлением действия, величиной, постоянством или непостоянством во времени и точкой приложения. По направлению действия сил нагрузочные параметры анкерных креплений можно разделить на три основных вида:

• нагрузка на вырыв крепежной детали (сила тяговая),
• нагрузка на срез (сила поперечная),
• изгибающий момент.

Однако это далеко не все возможные случаи. Обычно на крепежи действует сочетание срезающей и вырывающей сил, равных угловой силе. Если поперечная сила действует на определенном расстоянии от плоскости закрепления, то возникает изгибающий момент.

Статические и динамические нагрузки

Действующие на элементы конструкций нагрузки делятся на статические и динамические. Статические нагрузки воздействуют на крепления постоянно и направлены по вертикали. К ним относятся, например, вес здания или закрепленного оборудования.

Что касается динамических нагрузок, то они появляются и исчезают, меняют место своего приложения. Они меняются по направлению и амплитуде, как правило, воздействуют в течение коротких временных интервалов. Поэтому крепления, подвергающиеся динамическим нагрузкам, требуют к себе большего внимания, чем при статических нагрузках.

Передвигающиеся по мосту автомобили, работающие станки в производственных помещениях — это и многое другое создает динамические нагрузки. Такие варианты более или менее прогнозируемы, их несложно определить. Однако есть те, которые предсказать заблаговременно довольно сложно, а зачастую и просто невозможно. Некоторые из них обусловлены природными факторами (перепады температур, ветер, землетрясения и др.). Поэтому в производстве используются специальные методы расчета прочности и коэффициенты запаса. 

Статические и динамические нагрузки при работе глубинного насоса.

Работоспособность  колонны насоса штанг — одного  из основных элементов глубинного насосной установки – определяющий фактор для всей  насосной системы.

При работе насосной установки штанги  в точке подвески испытывают максимальную  нагрузку и следовательно, максимальное напряжение.

Общая нагрузка  при работе глубинного насоса  в точке насоса подвесных штанг слагается из следующих элементов:

1.  статических нагрузок от силы тяжести насосных штанг, столба  жидкости и сил трения плунжера  в цилиндре насоса и насосных штанг о трубы и жидкость;

2.  динамических нагрузок, возникающих  при движении колонны штанг и столба  жидкости – это вибрационные нагрузки,  ударные нагрузки, инерционные силы.

При движении вверх  штанги нагружают собственной силой тяжести и силой тяжести столба жидкости над плунжером. 

В это время  статическая нагрузка усиливается силами трения, которые направлены вниз.

Обратное движение  вниз  штанги совершают только под действием собственной силы тяжести,  при этом силы трения направлены вверх и поэтому разгружают штанги.

Внимание!

Если вам нужна помощь в написании работы, то рекомендуем обратиться к
профессионалам. Более 70 000 авторов готовы помочь вам прямо сейчас. Бесплатные
корректировки и доработки. Узнайте стоимость своей работы.

Таким образом,  максимальная статистическая нагрузка  на верхнюю штангу возникает  при ходе вверх и равна

(1)

—  сила тяжести   столбца  жидкости над плунжером;- сила тяжести штанг;- сила трения;

Так как   то

 где – площадь сечения плунжера;– площадь    сечения штанг; L–длина колонны штанг;

    –плотность жидкости; – плотность материала .

При погружении насоса на глубину под динамический уровень будем иметь

                                    (2)

или

                   ,                                  (3)

Н-глубина до динамического уровня;

— давление на плунжер столба жидкости h, приложенное снизу;

-сила тяжести 1 м штанг в жидкости

                                                                                        (4)

и силу тяжести 1 м штанг в жидкости через

                                                                                                              (5)

будем иметь, что

                                                                                                  (6)

где

                                                   ;                                                                       (7)

   Обозначая силу тяжести 1 м столба жидкости над плунжером             через  и принимая приближенно  посмотрим окончательно

                                                                                      (8)                

                                                                                         (9)

Силы трения обычно не поддаются точному учету вследствие наличия многих неизвестных факторов.

Ориентировочно силы трения штанг о трубы можно рассчитать по формуле А.С. Вирновского

                                                                                          (10)

где  — сила трения штанг о трубы;  -коэффициент трения штанг о трубы; -угол отклонения оси скважины от вертикали в рад;-сила тяжести колонны штанг.

Силы трения штанг не превышают 2 % от веса штанг.

Силы трения плунжера о втулки цилиндра насоса составляют 1-3 % от величины статических нагрузок и приближенно расчетное максимальное напряжение в точке подвеса штанг при ходе вверх под действием статических нагрузок можно записать в виде

                                                                           (11)

где     ; площадь сечения плунжера; площадь сечения штанг; Lдлина колонны штанг; — плотность жидкости; -плотность материала штанг.

Динамические нагрузки

Инерционные силы

В условиях работы глубинного насоса, где штанги за каждый ход дважды меняют направление своего  движения, перехода через верхнюю и нижнею мертвые точки с нулевой скоростью, массы штанги и жидкости вынуждены, двигаются неравномерно и ускорения движения в течение каждого хода будут также непостоянны по величине и направлению.

Инерционная сила равна произведению массы на ускорение

                                                                                                                    (12)

Из теории шатун но — кривошипного  механизма с конечным отношениям радиуса криво шина  ч к длине шатуна известно, что

                                                                             (13)

где  — угловая скорость вращения  кривошипа.

 Причем знак плюс берется для положения головки балансира в н. м. т, знак минус для положения головки балансира в  в.м.т.

Ускорение, определяемое по формуле  (13) справедливо для точки сочленения шатуна с балансиром.

Для перехода к точке подвеса штанги умножаем правую часть (13) на отношения длины переднего плеча балансира, а к длине заднего плеча балансира в, и  ускорение для точки  подвеса штанги имеет вид

                                                                  (14)

где s = 2r — длина хода точки подвеса штанги

В качестве массы М, на которую действует это ускорения, принято брать массу штанг

Максимальные инерционные усилия в точке подвеса штанг будут

                                                      (15)

Отношение ускорений  называют фактором динамичности m, так как  то при максимальном отношении  имеем

                                                                      (16)

т. к.             ,   а 

   и               

                          P                                              (17)

Из (16) и (17)   следует,   что фактор динамичности  и инерционная  и инерционная нагрузка растут пропорционально  длине хода сальникового штока  и квадрату числа качаний балансира.

Значительное повышение числа ходов может привести к превышению ускорения штанг на ускорением силы тяжести, что в условиях работы глубинно-насосных установок нежелательно  в связи с возможной аварийностью.

Поэтому скорость откачки, при которой отношение ускорений равно единице обычно считают критической.  Если  принять в качестве практически допустимых скорости, не превышающие  50-75 % от критической, то при

                                                      (18)

Максимальное допустимое число ходов при 75 %  этой скорости будет

так  как  n и    то  максимально допустимый фактор динамичности будет

                                                                                (19)

т. е. практически

                                                                                                (20)

                                                                        (21)

где  — сила тяжести 1 м штанг; площадь сечения штанг; L- длина колонны штанг; — фактор динамичности.

Поможем написать любую работу на аналогичную
тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему
учебному проекту

Узнать стоимость

1.2. Статические и динамические нагрузки электроприводов подъемников и тяговых лебедок

Наиболее
простым и универсальным механизмом
перемещения является подъемная или
тяговая лебедка, предназначенная для
передачи усилий от привода к рабочему
органу с помощью подъемного или тягового
каната соответствующей длины. По принципу
работы лебедки подразделяются на
одноконцевые и двухконцевые (отличается
от одноконцевой наличием ветвей
подъемного каната), а по конструкции
органа навивки каната — на барабанные
лебедки и лебедки с канатоведущими
шкивами. При большой длине подъемных
канатов габариты барабанов недопустимо
возрастают и более удобным является
использование лебедки с канатоведущим
шкивом трения.

Одноконцевые
лебедки являются неуравновешенными
подъемными механизмами (рис. 5).

Рис.
5. Кинематическая схема одноконцевой
подъемной лебедки. Д — двигатель, Т —
механический тормоз, Р — редуктор, П —
полиспаст, КП — крюковая подвеска.

Если
не учитывать потерь на трение, приведенный
к валу двигателя момент, обусловленный
весом груза, можно определить с помощью
соотношения

,

где
– вес груза, имеющего массуm,
Н;

–вес
грузозахватного устройства, масса
которого
,
Н;

–передаточные
отношения редуктора и полиспаста;

–диаметр
барабана, м.

Момент
является активным моментом, направленным
в сторону спуска. Он изменяется при
изменении веса поднимаемого груза, но
не зависит от направления движения.

В
реальном механизме присутствуют потери
трения и обуславливают наличие реактивного
момента
,
который всегда препятствует движению,
изменяя свое направление (знак) при
изменение направления движения.

В
случае перемещения достаточно тяжелых
грузов моменты потерь при расчете
статических нагрузок учитываются с
помощью соответствующих значений общего
КПД механизма. При подъеме номинального
груза
:

,

где:

;

– общий
КПД лебедки, учитывающий КПД всех звеньев
кинематической цепи установки.

Для режима спуска
номинального груза

.

Статический
момент при подъеме пустого грузозахватного
устройства
равен

,

где

,.

Статический
момент при спуске пустого грузозахватного
устройства
равен

,
(*)

где
– момент потерь при спуске пустого
грузозахватного устройства.

Момент
нагрузки двигателя в зависимости от
веса грузозахватного устройства может
быть либо движущим, либо тормозным. При
тяжелом грузозахватном устройстве
моментявляется движущим (тормозной спуск) и
его значение при условиинаходится по выражению

.

При
легком грузозахватного устройстве
возможно соотношение,
при котором потери трения в механизме
преодолеваются совместно моментом от
веса грузозахватного устройства и
движущим моментом двигателя (силовой
спуск). В этом случае расчет значенияведется по формуле (*).

Рис.
6. Нагрузки подъемных лебедок

Определение
статических нагрузок является важным
этапом проектирования электропривода.
Оно необходимо для построения нагрузочных
диаграмм, выбора мощности двигателя и
проверки его по нагреву. Характер
нагрузок и пределы их изменений в
значительной степени определяют режимы
работы и выбор схемы электропривода.
Изменение нагрузки является основным
возмущением при работе электропривода,
поэтому без знания пределов, в которых
она может изменяться, нельзя обеспечить
требуемую точность регулирования
координат.

Динамические
нагрузки электропривода одноконцевой
подъемной лебедки связаны с необходимостью
пусков, реверсов и торможений. При
заданном ускорении
,
которое обычно ограничено технологическими
условиями, динамический момент двигателя
может быть определен из соотношения

.

В
этом выражении
представляет собой эквивалентный
приведенный к валу двигателя момент
инерции, включающий в себя момент инерции
ротора двигателя и приведенный момент
инерции всех вращательно и поступательно
движущихся масс установки. При рабочей
скорости лебедкиосновную долю в моментесоставляет момент инерции двигателя.
Для более быстроходных установок влияние
приведенных масс механизма более
значительно.

Статическая динамическая нагрузка — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 3

Статическая динамическая нагрузка

Cтраница 3

К таким параметрам относятся статические и динамические нагрузки, величина передвижения механизма, скорость движения, уровень жидкости, давление воды, пара, газа, их температура и др. К предохранительным устройствам относятся блокировки, которые исключают возможность включения источника опасности при снятом ( открытом) оградительном устройстве. По принципу действия блокировки бывают: механические, электрические, электронные, электромагнитные, пневматические, гидравлические, оптические, магнитные и комбинированные.
 [32]

Рамы платформ воспринимают все статические и динамические нагрузки и в современных конструкциях делаются обычно металлическими.
 [33]

Детали выталкивающей системы выдерживают большие статические и динамические нагрузки.
 [35]

Бурильная колонна испытывает действие статических и динамических нагрузок от растяжения в верхней и сжатия в нижней частях, от кручения и внутреннего давления, от пространственного изгиба в интервалах деформации. Проектирование колонны для бурения глубоких скважин является сложной задачей. В то же время диаметр проходного сечения колонны должен быть максимальным для снижения гидравлических сопротивлений промывочной жидкости.
 [36]

Фундаменты предназначены для восприятия статических и динамических нагрузок. Разрабатывают их на основании задания на проектирование, выдаваемого заводом-изготовителем компрессорного агрегата.
 [37]

Использование грузоподъемности вагона характеризуется статической и динамической нагрузкой.
 [38]

Фундаменты под оборудование со статической и динамической нагрузкой изготовляют из природного камня, бетона и других материалов, применяемых для сооружения фундаментов зданий.
 [39]

Технический осмотр, испытание статической и динамической нагрузкой, освидетельствование и регистрация башенных, автомобильных и других строительных кранов, такелажа, паровых котлов и баллонов, работающих под давлением.
 [40]

Технический осмотр, испытание статической и динамической нагрузкой, освидетельствование и регистрация башенных, автомобильных и других строительных кранов, такелажа, паровых котлов и баллонов, работающих под давлением.
 [41]

Эти фундаменты обычно рассчитываются на статические и динамические нагрузки, возникающие в процессе эксплуатации машин. Поэтому они представляют собой различные виды балок или ферм, собираемых в комплексную металлоконструкцию. Размеры верхнего основания этого фундамента принимаются соответственно площадям рамы монтируемой на нем машины. Если на этом фундаменте предполагается монтаж нескольких кинематических связанных между собой агрегатов, то площадь верхнего основания должна обеспечивать установку всех этих агрегатов. При этом необходимо соблюдать правила техники безопасности, устанавливающие минимально допустимые расстояния между агрегатами и выполнение необходимых ремонтных работ, связанных с эксплуатацией каждого агрегата в отдельности.
 [42]

Они характеризуют способность диэлектрика выдерживать внешние статические и динамические нагрузки без недопустимых изменений первоначальных размеров и формы. Статическая нагрузка на материал при эксплуатации или испытаниях плавно возрастает с обусловленной скоростью, динамическая воздействует мгновенно, рывком, ударом, быстро и.
 [43]

Расчет фундамента проводят исходя из статических и динамических нагрузок. Величину статических нагрузок определяет вес оборудования. Динамические нагрузки возникают при пуске, работе и остановке основного оборудования. Наземную часть насосных цехов выполняют из сборных элементов.
 [44]

Тензорезисторы принципиально пригодны для измерения статических и динамических нагрузок. Число возможных циклов на-гружения зависит от материалов, использованных в тензорезисторе, амплитуды деформации и характера приложенной нагрузки. Число циклов нагружения, выдерживаемых тензорезистором, обычно превышает устойчивость испытуемых деталей к знакопеременным нагрузкам, если последние не изготовлены из особо прочного материала. Максимальная частота колебательных или импульсных процессов, которая может быть измерена тензоре-зисторами, окончательно не установлена.
 [45]

Страницы:  

   1

   2

   3

   4




Нагрузки на элементы мостового крана


Категория:

   Машинисту мостового крана


Публикация:

   Нагрузки на элементы мостового крана


Читать далее:

Нагрузки на элементы мостового крана

Все элементы мостового крана (металлоконструкция, канаты, тележка, а также подкрановые пути) находятся в нагруженном состоянии под действием собственного веса, веса механизмов и поднимаемого груза. При подъеме и опускании, а также при перемещение груза возникают дополнительные нагрузки от действующих сил инерции. Все нагрузки на элементы мостового крана можно разделить на статические и динамические. Статическая нагрузка создается весом поднятого груза и весом самого крана в состояния покоя. Динамическая нагрузка возникает в процессе разгона и торможения крановых механизмов.

Действующие нагрузки вызывают в элементах крана различные напряжения (растяжение, сжатие, изгиб, кручение и их комбинации). Напряжения зависят от действующей нагрузки и могут быть постоянными (при действии статической нагрузки) или переменными (при действии динамической нагрузки). Напряжения вызывают деформации элементов крана, изменяя их первоначальное состояние. Деформации могут быть упругими или пластическими. Упругие деформации исчезают при снятии нагрузки, т. е. крановая деталь после снятия нагрузки принимает свое первоначальное состояние. Пластические деформации приводят к необратимым изменениям элементов крана и служат причинами нарушения работоспособности крановых механизмов. Так, в процессе работы механизма подъема груза стальные проволочные канаты нагружены растягивающими нагрузками, а при наматывании на грузовой барабан еше и изгибающей нагрузкой. При подъеме груза происходит упругая деформация проволок каната, и канат вытягивается, изменяя свою первоначальную длину. При длительном положении больших нагрузок упругие деформации растяжения каната переходят в пластические, и изменение длины каната становится необратимым, т. е. после снятия нагрузки длина каната не становится равной первоначальной, а увеличивается. Такое увеличение длины каната приводит к тому, чю, например, нарушается регулировка шпиндельного концевого выключателя ограничителя высоты подъема груза, что может быть причиной аварии крана. Поэтому все элементы крана должны испытывать при работе только упругие деформации, а наличие пластических деформаций, приводящих к необратимым изменениям крановых деталей, недопустимо.

Однако в процессе работы крана не исключены случаи перегрузки крановых деталей, хотя бы и очень кратковременной (на доли секунды). Кроме того, при действии многократных повторяющихся динамических нагрузок в материале крановых деталей, в сварных швах металлоконструкций и в других местах возникают усталостные трещины. Наличие необратимых деформаций, например, главных балок кранового моста и местных усталостных трешин прибит к нарушению работоспособности крана. Усталостные 1рещи- ны резко снижают прочность детали и способствуют ее поломке, Эти дефекты крана должны выявляться при его ежедневном техническом обслуживании и немедленно устраняться.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Рекламные предложения:

Читать далее: Трение и изнашивание крановых деталей

Категория: —
Машинисту мостового крана

Главная → Справочник → Статьи → Форум

Scheda contenuto — UNIMEC S.p.A.

Выбор подходящего винтового домкрата главным образом зависит от реальной нагрузки, действующей на него. Нагрузки можно разделить на две основные группы: статические и динамические. В эти группы дополнительно входят: тяговые нагрузки, сжимающие нагрузки, боковые (радиальные нагрузки), эксцентричные нагрузки, нагрузки от ударов, нагрузки от вибраций.

СТАТИЧЕСКИЕ НАГРУЗКИ
Статическая нагрузка является силой, которая прикладывается к передаточным механизмам домкрата, когда они находятся без движения.

ДИНАМИЧЕСКАЯ НАГРУЗКА
Динамическая нагрузка является силой, которая прикладывается к передаточным механизмам домкрата, когда они находятся в движении.

НАГРУЗКИ РАСТЯГИВАЮЩИЕ
Нагрузка на растяжение является силой, которая прикладывается к передаточному механизму домкрата так, чтобы винт испытывал растяжение.

СЖИМАЮЩИЕ НАГРУЗКИ
Нагрузка на сжатие является силой, которая прикладывается передаточному механизму домкрата так, чтобы винт испытывал сжатие.

БОКОВЫЕ НАГРУЗКИ
Боковая нагрузка является силой, которая прикладывается перпендикулярно оси винта.

ЭКСЦЕНТРИЧНЫЕ НАГРУЗКИ
Эксцентричная нагрузка является силой, центр приложения которой не находится на оси винта, даже при одинаковом направлении.

НАГРУЗКИ ОТ УДАРОВ
Нагрузкой от ударов является нагрузка, при которой импульсные силы, создаваемые ударом, не поддаются количественной оценке.

НАГРУЗКИ ОТ ВИБРАЦИЙ
Нагрузка от вибраций прилагается тогда, когда нагрузка от удара повышает частоту импульсов.

СТАТИЧЕСКАЯ НАГРУЗКА НА РАСТЯЖЕНИЕ
Максимально допустимая нагрузка для всех моделей и размеров дана в таблицах технических характеристик. Удары и/или боковые нагрузки ограничивают ее применение.

ДИНАМИЧЕСКАЯ НАГРУЗКА НА РАСТЯЖЕНИЕ
Максимальная динамическая нагрузка на растяжение, которую можно приложить к винтовому домкрату, зависит не только от его размера: она может быть ограничена температурой окружающей среды, сервис-факторами и возможными боковыми нагрузками и/или ударами. Таким образом, необходимо выполнять проверку всех этих параметров.

СТАТИЧЕСКАЯ НАГРУЗКА НА СЖАТИЕ
Максимальная прилагаемая нагрузка, которая определяется длиной винта, а также другими ограничивающими факторами. Предельно допустимая нагрузка может быть получена на основе диаграмм Эйлера. Ее применение может быть ограничено возможными ударами и/или боковыми нагрузками.

ДИНАМИЧЕСКАЯ НАГРУЗКА НА СЖАТИЕ
Максимальная нагрузка на сжатие определяется многими факторами: длиной винта, температурой окружающей среды, сервис-факторами и возможными боковыми нагрузками и/или ударами. Кроме всех проверок, уже предусмотренных в случае тяговой нагрузки, необходимы дальнейшие проверки в соответствии с диаграммами Эйлера.

СТАТИЧЕСКАЯ БОКОВАЯ НАГРУЗКА
Этот вид нагрузки вызывает боковое смещение винта, являясь причиной изгиба, вызывающего повреждения, который ограничивает возможности винтового домкрата. В соответствующих таблицах показаны значения максимальной боковой нагрузки в зависимости от длины и размера винта. Для дальнейших и более подробных проверок обращайтесь в Техническую службу UNIMEC.

ДИНАМИЧЕСКАЯ БОКОВАЯ НАГРУЗКА
Боковая нагрузка в процессе работы домкрата не допускается. В случае необходимости использования винтовых домкратов с боковой нагрузкой необходимо связаться с Технической службой UNIMEC.

ЭКСЦЕНТРИЧНАЯ СТАТИЧЕСКАЯ НАУГРЗКА
Эксцентричная нагрузка в при неработающем домкрате является причиной тех же проблем, что и боковые нагрузки. По этой причине приведенные выше информация также применимы и к данному виду нагрузки.

ДИНАМИЧЕСКАЯ ЭКСЦЕНТРИЧНАЯ НАГРУЗКА
При наличии эксцентричной нагрузки, чтобы избежать проблем, связанных с боковой нагрузкой, необходимо создать механическую конструкцию с подходящими направляющими для поглощения всех боковых элементов нагрузки. Направляющая должна быть выполнена с очень большой точностью: слишком маленькие люфты могут вызвать заедание, а слишком большие люфты сделают бесполезным создание самой направляющей.

СТАТИЧЕСКАЯ НАГРУЗКА ОТ ВИБРАЦИЙ ИЛИ УДАРОВ
Если нагрузка от вибраций или от удара не очень большая, она может лишить домкрат при определенных условиях свойства самоторможения. В этом случае рекомендуется связаться с Технической службой UNIMEC.

ДИНАМИЧЕСКАЯ НАГРУЗКА ОТ ВИБРАЦИЙ ИЛИ УДАРОВ
Динамическая нагрузка от вибраций или ударов может повредить винтовой домкрат: скачкообразное движение и последующие локальные перегрузки могут значительно увеличить износ. Необходимо свести к минимуму силу ударов.

Статические нагрузки — обзор

2.09.4.1 Аэродинамические нагрузки

Аэродинамические нагрузки сильно нелинейны и возникают в результате статического и динамического относительного ветрового потока, динамического сваливания, перекоса притока, сдвиговых воздействий на индукцию и эффектов больших прогибов. Комплексные методы расчета аэродинамики основаны на решении уравнений Навье – Стокса (NS) для глобального сжимаемого потока в дополнение к учету потока вблизи лопаток. Расширенная теория BEM может быть использована для рассмотрения продвинутых и нестационарных аэродинамических эффектов для расчета аэроупругости во временной области.Также могут применяться подходы промежуточной сложности, такие как вихревой и панельный методы [11]. Методы вычислительной гидродинамики (CFD) являются наиболее точными, но требуют очень много времени. Усовершенствованная теория BEM является быстрой и дает хорошую точность по сравнению с методами CFD. Метод БЭМ основан на данных о профиле; следовательно, результаты, полученные с помощью этого метода, не лучше исходных. Предлагается использовать методы NS для извлечения данных о профиле и применять их в менее продвинутых методах (например,г., теория БЭМ).

Аэродинамические силы складываются из подъемной силы и силы сопротивления. Подъемная сила, поверхностное трение и вязкое сопротивление давления являются основными источниками аэродинамических сил для тонких частей ветряной турбины. Для тонких конструкций применима двумерная аэродинамическая теория. В рамках теории BEM коэффициенты подъемной силы и сопротивления используются для моделирования аэродинамических сил. Для припаркованной ветряной турбины аэродинамические силы рассчитываются непосредственно с использованием относительной скорости ветра.Однако для работающей ветряной турбины необходимо определить индуцированные скорости и влияние следа на скорость, наблюдаемую лопаточным элементом.

Как упоминалось выше, лопасти ветряной турбины и башня представляют собой длинные и тонкие конструкции. Составляющая скорости по размаху намного меньше продольной, и. поэтому во многих аэродинамических моделях предполагается, что поток в данной точке является двумерным (2D), и могут применяться двухмерные данные аэродинамического профиля. На рис. 3 показан поперечный разрез элемента лезвия, если смотреть из-за кончика лезвия.На этом рисунке также изображены аэродинамические силы, действующие на элемент лопасти. Лопастной элемент движется в воздушном потоке с относительной скоростью V отн. . Коэффициенты подъемной силы и сопротивления определяются следующим образом [11, 12]:

Рисунок 3. Силы, действующие на элемент лопасти.

[4] CL (α) = L12ρaVrel2cCD (α) = D12ρaVrel2c

, где D и L — лобовое сопротивление и подъемная сила (на длину), c — хорда профиля, ρ a — плотность воздуха, α — угол атаки, V rel — относительная скорость [13, 14].

[5] Vrel = V (1 − a) 2+ (rωV (1 + a ′)) 2

[6] α = ϕ − β

[7] tan⁡ (ϕ) = Vrω (1− a1 + a ′)

, где a и a ′ — коэффициенты осевой и вращательной индукции соответственно, V — скорость ветра вверх по потоку, T — сила тяги, r — расстояние сечение профиля от хвостовика лопасти, ω — скорость вращения (рад с −1 ). a и a ‘являются функциями ϕ, C L , C D и прочности (доля кольцевой площади, которая покрывается лопаточным элементом). Аэродинамические теории расчета ветровых нагрузок для условий эксплуатации и стоянки очень похожи. Для припаркованной ветряной турбины скорость вращения (ω) равна нулю, поскольку лопасти зафиксированы и не могут вращаться. ϕ составляет 90 градусов, что означает, что относительная скорость ветра параллельна.

Аэродинамические нагрузки можно разделить на различные типы [13]:

Статические нагрузки, такие как устойчивый ветер, проходящий через стационарную ветряную турбину

Устойчивые нагрузки, такие как устойчивый ветер прохождение вращающейся ветряной турбины

Циклические нагрузки, такие как вращающаяся лопасть, проходящая через сдвиг ветра

Переходные нагрузки, такие как нагрузки трансмиссии из-за применения тормоза

Импульсные нагрузки, то есть нагрузки с короткой продолжительностью и значительной пиковой величиной, такие как лопасти, проходящие вслед за мачтой для подветренной турбины

Стохастические нагрузки, например турбулентные силы ветра

Нагрузки, вызванные резонансом, то есть силы возбуждения, близкие к собственным частотам.

Средний ветер вызывает постоянные нагрузки, тогда как сдвиг ветра, ошибка рыскания, рыскание и сила тяжести вызывают циклические нагрузки. Турбулентность связана со стохастической нагрузкой. Порывы, запуск, остановка, флюгирование лопастей и раскачивание вызывают кратковременные нагрузки. Наконец, собственные частоты конструкции могут быть источником резонансной нагрузки.

В аэродинамическую модель должны быть включены следующие эффекты [14]:

Детерминированные аэродинамические нагрузки: установившийся (равномерный поток), рыскание, наклон вала, сдвиг ветра, тень башни и следы

Стохастические аэродинамические силы, обусловленные временными и пространственными колебаниями / вариациями скорости ветра (турбулентность)

Аэродинамика вращающихся лопастей, включая индуцированные потоки (т.е.е., изменение поля ветра из-за турбины), эффекты трехмерного потока и эффекты динамического сваливания

Динамические эффекты от лопастей, трансмиссии, генератора и башни, включая изменение аэродинамических характеристик силы из-за вибрации и движений твердого тела

Динамические эффекты подсистемы (т. е. система рыскания и управление шагом лопастей)

Управляющие эффекты во время нормальной работы, пуска и останова, включая парковку условия.

Аэродинамические характеристики ветряной турбины в основном зависят от аэродинамики в установившемся режиме. Однако существует несколько важных стационарных и динамических эффектов, которые вызывают повышенные нагрузки или снижение выработки энергии по сравнению с ожидаемыми из базовой теории БЭМ. Эти эффекты могут особенно увеличить переходные нагрузки. Некоторые из сложных аэродинамических объектов перечислены [13]:

1.

Неидеальные стационарные аэродинамические проблемы

Снижение мощности из-за шероховатости поверхности лезвия (для поврежденного лезвия до 40 % меньше выработки энергии)

Влияние сваливания на коэффициенты подъемной силы и лобового сопротивления аэродинамического профиля

Состояние вращения влияет на аэродинамические характеристики лопасти. Задержка срыва вращающейся лопасти по сравнению с такой же лопастью в аэродинамической трубе может сократить срок службы ветряной турбины.

2.

Активность турбины

Искаженный след в турбине по ветру

Ближний и дальний следы. Турбулентность и вихри, возникающие в роторе, рассеиваются в ближнем следе, а профили турбулентности и скорости в дальнем следе более равномерно распределены.

Внеосевые потоки из-за ошибки рыскания или вертикальных компонентов ветра.

3.

Неустойчивые аэродинамические эффекты

Тень башни (дефицит скорости ветра за башней из-за наличия башни)

Динамическое сваливание, то есть внезапные аэродинамические изменения которые приводят к срыву или задерживают его

Динамический приток, то есть изменения в работе ротора

Вращательный отбор проб. Возможны быстрые изменения потока, если лопасти вращаются быстрее, чем скорость турбулентного потока.

Отклонение статической и динамической нагрузки

Введение

В первую очередь, резина используется вместо металлических, керамических и других твердых материалов, потому что она обеспечивает больший прогиб при заданной силе, чем эти другие материалы. Большинство применений резины основано на этой характеристике.

Во многих случаях применения резины изменение жесткости не критично для функции резинового изделия, и в таких случаях достаточно спецификации твердости по шкале Шора А.

Каучук используется в качестве конструкционного материала в упругих опорах, виброизоляторах, амортизаторах, противоударных подушках и во многих подобных областях. Если статические или динамические характеристики жесткости становятся критическими для работы продукта, должны быть установлены соответствующие спецификации испытаний.

Статические методы

Когда для продукта устанавливаются характеристики статической нагрузки-прогиба, помимо требования к твердости, спецификация прогиба-нагрузки должна превосходить твердость, должна быть указана на чертеже продукта и согласована между заказчиком и производителем резины. Статическое испытание является «статическим» только в том случае, если приложение нагрузки прекращается до проведения измерения или скорость отклонения обычно не превышает 0,8 мм / с (2 дюйма / мин). Такое испытание обычно приводит к сдвигу или сжатию резины. Существует несколько способов задания статических характеристик прогиба нагрузки:

  1. Укажите жесткость пружины в нагрузке на единицу прогиба, например, Нм (фунт / дюйм) или крутящий момент на радиан, например, Нм / рад (фунт-дюйм / рад).
  2. Укажите нагрузку для отклонения продукта в указанном диапазоне отклонения.
  3. Укажите прогиб, приводящий к нагрузке в пределах указанного диапазона нагрузок.

Динамические методы

Области применения, в которых резина используется в качестве виброизоляторов, зависят от поведения резины в динамических условиях эксплуатации.

Резина более жесткая, чем в статическом режиме; и, поскольку соотношение статической и динамической жесткости варьируется в зависимости от индивидуальных смесей, может быть целесообразно указать динамические характеристики резины для таких применений.

Если указана динамическая жесткость или жесткость пружины и критична для рабочих характеристик резинового изделия, все условия и методы измерения должны быть согласованы между заказчиком и производителем резины.

Существует несколько методов динамических испытаний:

  1. Стационарный резонанс
  2. Резонанс свободного распада
  3. Стационарное нерезонансное состояние
  4. Оценка отскока

Возраст

Старение резиновых смесей в течение определенного периода времени — сложный процесс.Обычный чистый эффект старения — это увеличение модуля или жесткости. Величина этого изменения зависит от конкретного материала и условий окружающей среды.

Краткосрочный возраст в смысле минимального количества часов, которое должно пройти между формованием и оценкой, также является важным фактором. В зависимости от характера продукта минимальный период варьируется от 24 часов до 168 часов.

Динамическая история

На характеристики прогиба-нагрузки резинового изделия влияет история его работы. Начальный цикл нагружения новой детали или детали, которая находилась в статическом состоянии в течение определенного периода времени, указывает на более жесткую характеристику нагрузки-прогиба, чем последующие циклы. При статических испытаниях этот эффект стабилизируется, и характеристики отклонения нагрузки обычно становятся воспроизводимыми после двух-четырех циклов кондиционирования.

При динамическом испытании период кондиционирования обычно выбирается как время, необходимое для получения воспроизводимых результатов.

Температура

Температура влияет на жесткость пружины — чем выше температура, тем ниже жесткость пружины, а чем ниже температура, тем выше жесткость пружины резинового изделия, не находящегося под постоянным натяжением.

Условия испытаний

Следующие детали должны быть определены на чертеже продукта или в спецификации, на которую имеется ссылка, чтобы обеспечить соответствующую и последовательную оценку производительности продукта:

  1. Режим тестирования

    1. Растяжение, сдвиг или сжатие. Очень желательно схематическое изображение, изображающее ориентацию продукта. Жесткость пружины в режиме сжатия всегда выше, чем жесткость пружины в режиме сдвига.
    2. Статический или динамический
    3. Динамическая жесткость пружины всегда выше статической жесткости пружины.
  2. Уровень тестирования и режим управления

    1. Должен быть указан уровень статической испытательной нагрузки или уровень деформации, а также соответствующие пределы прогиба или пределы нагрузки в ответ на деформацию.
    2. Уровни динамической нагрузки должны обозначаться положительным (+) значением для направленных вниз сил и отрицательным (-) значением для восходящих сил. Динамические испытания с использованием контроля деформации должны быть определены двойными значениями амплитуды (общей амплитуды).
  3. Величина и направление предварительного натяга, если требуется.
  4. Линейная или угловая скорость нагрузки или циклическая частота.
  5. Характер и количество или продолжительность циклов кондиционирования, необходимых перед испытательным циклом или периодом испытания.
  6. Температура окружающей среды при испытании и период времени, в течение которого продукт выдерживается при температуре испытания перед оценкой.
  7. Если требования указаны как «жесткость пружины», необходимо указать место на диаграмме отклонения нагрузки от нагрузки, в котором проводится касательная, или уровни нагрузки, между которыми берется среднее значение.

Если применимо, инженер-конструктор должен указать прогиб под нагрузкой, жесткость пружины, метод испытаний и допуски на прогиб под нагрузкой. В таблице 10 представлены стандарты для трех обозначений на чертежах допусков отклонения нагрузки. Если характеристики демпфирования требуются как часть динамических характеристик, коммерческие допуски будут составлять ± 25% для деталей с твердостью по дюрометру 65 (SHORE A) и ± 30% для деталей с твердостью по дюрометру выше 65 (SHORE A).

Стол 10
ОБОЗНАЧЕНИЕ НА ЧЕРТЕЖЕ RMA ДЛЯ ДОПУСКА ОТ НАГРУЗКИ

Назначение чертежа Твердость по дюрометру Диапазон допуска Толщина резиновой стенки 6 мм (0.25 дюймов) или более Диапазон допусков Толщина резиновой стенки менее 6 мм (0,25 дюйма)
D1 Твердость по дюрометру 65 (по Шору A) или ниже ± 10% ± 15% Очень высокая точность. Такой строгий допуск следует запрашивать только в необычных обстоятельствах.
Твердость по дюрометру выше 65 (по Шору A) ± 15% ± 20%
D2 Твердость по дюрометру 65 (по Шору A) или ниже от ± 11% до ± 14% от ± 16% до ± 20% точность
Твердость по дюрометру выше 65 (по Шору A) от ± 16% до ± 19% от ± 21% до ± 26%
D3 Твердость по дюрометру 65 (по Шору A) или ниже ± 15% ± 20% Коммерческий
Твердость по дюрометру выше 65 (по Шору A) ± 20% ± 25%

Влияние статических и динамических нагрузок на расчет и проектирование опор

Студенты:

Алаа Абд эль-Хак Маджди аль-Гудж

Раван Шакарне

Монтасер Абу Халед

Маджди Аль-Гудж

Проект в основном представляет собой проектирование фундамента коммерческого здания с учетом сейсмических нагрузок.Нагрузки от землетрясений рассчитываются на основе наиболее вероятного землетрясения, которое может произойти в регионе. В рамках этого проекта изучаются статические и динамические нагрузки, влияющие на фундамент в зависимости от количества этажей. Программное обеспечение SAP2000 используется для проведения статического и динамического анализа, а программное обеспечение SAFE используется для проектирования.

Было обнаружено, что толщина матового основания в моделях динамической нагрузки меньше, чем в случае статических нагрузок, особенно для малоэтажного здания, и толщины становятся почти равными при увеличении количества этажей выше 12.Однако необходимы дополнительные исследования, чтобы сравнить толщину матового основания для высотных зданий (выше 16 этажей).

Фундамент — важнейший элемент конструкции, несущей любое инженерное сооружение. Фундамент — это часть спроектированной системы, которая передает в нижележащий грунт или скальную породу нагрузку, поддерживаемую фундаментом, и его собственный вес, результирующие напряжения почвы, за исключением земной поверхности в дополнение к тем, которые в настоящее время существуют в земле масса от его собственного веса и геологической истории.

Фундаменты имеют функцию распределения нагрузки от надстройки, так что давление, передаваемое на землю, не имеет такой величины, чтобы вызвать разрыв грунта при сдвиге или вызвать оседание грунта, которое вызовет деформацию и разрушение конструкции. или приемлемый архитектурный ущерб.

В рамках этого проекта будут изучены различные типы воздействия нагрузок на фундамент в зависимости от количества этажей, а также будут рассмотрены геотехнические свойства почвы и спроектирован фундамент предлагаемого здания.Программа SAP2000 будет использоваться в основном для анализа здания, чтобы получить нагрузки на каждую опору, а затем при проектировании фундамента.

Фундамент представляет собой особую значительную, искусственно созданную модельную часть сооружения, которая должна иметь:

· Для приема статических нагрузок на конструкцию и динамических нагрузок (ветра, вибрации и землетрясения), приложенных извне к надстройке, и передачи этих нагрузок на почву (скалу) на заданной глубине ниже поверхности грунтовых вод, в зависимости от того, что происходит.

· Распределить напряжения в основании фундамента до допустимой интенсивности на грунте (скалах).

Фундамент — это элемент, соединяющий надстройку и лежащий под ним грунт или скалу. Нагрузки, передаваемые фундаментом на нижележащий грунт, не должны вызывать разрушения грунта при сдвиге или разрушающей осадки надстройки.

Существуют различные типы фундаментов, которые могут использоваться для такого здания, и не все типы фундаментов подходят для каждой конструкции, это зависит от других факторов, которые следует принимать во внимание, таких как несущая способность и нагрузки, действующие на сам фундамент.Есть два типа фундамента: неглубокий и глубокий.

Статические нагрузки представляют собой истинные физические нагрузки на объекты модели, чтобы представить веса или силы, действующие на конструкцию. Структурные нагрузки или воздействия — это силы, деформации или ускорения, приложенные к конструкции или ее компонентам.

Нагрузки вызывают напряжения, деформации и смещения в конструкциях. Оценка их воздействия проводится методами структурного анализа.Избыточная нагрузка или перегрузка могут вызвать разрушение конструкции, поэтому такую ​​возможность следует либо учитывать при проектировании, либо строго контролировать.

Для процесса проектирования, после завершения процесса анализа с использованием программного обеспечения SAP 2000 как для статических, так и для динамических условий, полученные нагрузки используются для начала процесса проектирования.

Расчет будет выполнен с использованием SAFE V12.3 программное обеспечение, известное своими возможностями для проектирования различных типов плит и фундаментов

Процедура проектирования для этого проекта заключается в том, что анализ проводился для многоэтажного здания с вариацией количества этажей четыре, восемь и двенадцать соответственно. Однако перед началом процесса проектирования с использованием SAFE был использован предварительный этап для выполнения определенных расчетов, связанных с проверками давления грунта под основанием и проверками толщины, чтобы получить основную толщину для начала этапа проектирования.

Расчет для динамических нагрузок, расчет в этом случае будет выполнен с использованием SAFE V12.3 в качестве программного обеспечения для проектирования, точно так же, как для случая статических нагрузок. Но иным способом модель основания мата была сначала подготовлена ​​SAP2000 путем введения нового участка площади мата с предложенной толщиной, а затем она нарисована под моделью после удаления опор. Затем добавление пружин жесткостью 15000 кН / м под мат. Затем модель запускается до тех пор, пока не будет проведен анализ. После этого матовый фундамент экспортируется в SAFE со всеми нагрузками на здание, которые должны быть спроектированы SAFE.

Результаты и заключение были следующие:

1) Толщина матового основания в моделях с динамической нагрузкой меньше, чем в случае статических нагрузок, особенно для малоэтажного здания. Причина заключается в боковых нагрузках землетрясения, которые снимают вертикальные нагрузки, и это приводит к меньшей толщине, чем в статических условиях. Следовательно, толщина мата была определена по статическим нагрузкам, поскольку они превышают динамические.

Также обнаружено, что толщина от статических и динамических нагрузок становится почти равной при увеличении количества этажей выше 12.

2) Установлено, что объем бетона больше для статических нагрузок, чем для динамических нагрузок, потому что толщина для динамических нагрузок меньше, чем для статических.

Динамическая сила для начинающих — A_MADAM

Прочность материала — это его способность выдерживать приложенную нагрузку без разрушения или пластической деформации. Прочность материала зависит от материала, но очень важным открытием XIX века было то, что прочность также зависит от изменения приложенных нагрузок.

Если интенсивность направления нагрузки не меняется со временем (или изменяется очень медленно), то она классифицируется как «статическая нагрузка» . С другой стороны, если интенсивность направления нагрузки изменяется со временем, она классифицируется как «динамическая нагрузка» . Максимальные значения статических нагрузок, которые может выдержать механический компонент или конструкция, часто называют его «статической прочностью» . С другой стороны, максимальные значения динамических нагрузок, которые может выдержать механический компонент или конструкция, часто называют его «динамической прочностью» .

Классификация нагрузок имеет первостепенное значение, поскольку максимальные динамические нагрузки, которые может выдержать механический компонент или конструкция, обычно значительно меньше их статической прочности. Коварный характер динамических нагрузок таков, что разрушение нагруженной конструкции происходит не сразу после приложения динамической нагрузки, а после того, как конструкция подвергается динамической нагрузке в течение некоторого времени, и в течение этого времени структура кажется работает правильно.По этой причине отказ механической конструкции или компонента после длительного воздействия динамических нагрузок называется «усталостным разрушением» . Открытие механической усталости материалов и знания о ней, человечество заплатило многими человеческими жизнями в самых громких инженерных катастрофах XIX и XX веков, таких как «Версальская железнодорожная катастрофа» на суше, «Катастрофы с кометой Де Хэвилленд». в воздухе и «опрокидывание нефтяной платформы« Александр Л. Килланд »» в море.

1842 г., набросок крушения и пожара поезда во время аварии на железной дороге в Версале
Источник: Википедия

BOAC de Havilland Comet 1, похожий на два самолета, уничтоженных в результате авиакатастрофы
Источник: Википедия

Перевернутая нефтяная платформа «Александр Л. Килланд»
Источник: Википедия

ИСПЫТАНИЕ СТЕКЛА ВЫСОКОЙ ПРОЧНОСТИ И ПРОВЕРКА МОДЕЛИ ДЛЯ СТАТИЧЕСКОЙ И ДИНАМИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ

Protection Engineering Consultants (PEC) была нанята Исследовательской лабораторией ВВС США (AFRL) для оценки характеристик оконных систем, содержащих стекло Herculite® XP, и разработки быстрой беговая модель, которая будет использоваться в качестве инструмента проектирования, позволяющего инженерам определять стекло Herculite® XP для Defense Acquisition Challenge (DAC).Стекло Herculite® XP — это технология высокопрочного стекла, разработанная PPG Industries, с остаточным напряжением, примерно вдвое превышающим остаточное напряжение промышленного стекла FT. Программа исследований включала квазистатические испытания стекла Herculite® XP в PEC, испытания ударными трубами перфорированных окон (стеклопакетов) с коммерческими оконными рамами, содержащими стекло Herculite® XP) в ABS Consulting и два полномасштабных взрывных испытания. в AFRL по стеклопакетам, содержащим стекло Herculite® XP, в перфорированных окнах и конфигурациях витрин с использованием имеющихся в продаже оконных рам.

Программа испытаний DAC использовалась для проверки модели, способной прогнозировать разрушение стекла как для статических, так и для динамических нагрузок. GFPM, разработанный Бисоном и Морганом (1984), был выбран из-за включения в него скорости нагрузки, эмпирического распределения вероятностей (подтверждено) и потому, что он является основой методологии проектирования промышленного стандарта ASTM E1300. Однако GFPM был разработан только для размещения стекла AN и нуждался в модификациях, чтобы справиться с повышенной прочностью стекла Herculite® XP.

Модель прогнозирования разрушения стекла (GFPM) является основой для стандарта ASTM E1300, который используется по всей стране для проектирования оконных стекол. ASTM E1300 утверждает, что модель действительна только для отожженного (AN) стекла, но ASTM E1300 действительно включает термоупрочненное (HS) или полностью закаленное (FT) стекло за счет использования коэффициентов умножения. В этой статье мы рассмотрим не коэффициенты умножения, а модификацию GFPM для включения этих типов более прочного стекла. Затем дизайнеры могут включить модель в общие методы проектирования, такие как одинарная степень свободы (SDOF) и анализ методом конечных элементов (FEA), для анализа динамических характеристик слоев остекления.Для проверки модифицированного GFPM были завершены как статические, так и динамические испытания высокопрочного стекла, и в статье будут представлены сравнения с прогнозами анализа. В документе также показано, как использовать модифицированный GFPM в дизайне окон как для статических, так и для динамических приложений с помощью электронной таблицы дизайна Blast Effects с одной степенью свободы для Windows (SBEDS-W), инструмента проектирования SDOF, который будет выпущен Центр защитного проектирования инженерных войск США (USACE PDC). Инструменты динамического анализа окон, такие как SBEDS-W, будут использоваться чаще в связи с новыми требованиями к окнам и дверям, основанными на угрозах, в Унифицированных критериях сооружения (UFC) 4-010-01 Минимальные антитеррористические стандарты Министерства обороны для строительства (9 февраля 2012 г.).Кроме того, понимание возможностей прогнозирования отказов SBEDS-W важно для инженеров, выполняющих динамический анализ остекления.

Подробнее в полной технической записке PEC от Кирка Маршана…

Frontiers | Практические аспекты результатов испытаний мостов статической и динамической нагрузкой

Введение

Роль исследования тестовых нагрузок в системе управления мостами значительна в мире. В публикации (Casas, 2006; Wiśniewski et al., 2012) представили текущую ситуацию и будущие тенденции, связанные с оценкой состояния и несущей способности конструкции. Было подчеркнуто, что диагностическая испытательная нагрузка является наиболее точным инструментом для оценки несущей способности конструкции. Метод оценки несущей способности моста, который объединяет аналитические методы с экспериментальными испытаниями, особенно полезен и подтвержден исследованиями испытательной нагрузки (Wang et al., 2011).

Базовое разделение тестового нагружения производится исходя из изменения нагрузки во времени:

— испытание статической нагрузкой,

— динамическое нагрузочное тестирование.

В зависимости от метода и цели испытаний различают три типа испытаний:

— диагностические нагрузочные испытания (также называемые дополнительными нагрузочными испытаниями), выполняемые для оценки несущей способности эксплуатируемой конструкции моста на основе интеграции результатов числового анализа конструкции и нагрузочных испытаний — (Институт инженеров-строителей и национального управления Комитет по нагрузочным испытаниям мостов, 1998 г.).

— испытание под нагрузкой, проводимое для оценки несущей способности конструкции моста в эксплуатации, основанное на испытании конструкции при возрастающей нагрузке до тех пор, пока не будет наблюдаться нелинейный отклик конструкции на возрастающую нагрузку (Faber et al., 2000; Касас и Гомес, 2010; Касас и Гомес, 2013; Wiśniewski et al., 2012).

— приемочные испытания перед допуском к эксплуатации мостовой конструкции; это похоже на диагностическое нагрузочное тестирование из-за метода анализа результатов и похоже на контрольное нагрузочное тестирование, но с уровнем нагрузки, достигающим проектной нагрузки и не превышающим этой точки.

Независимо от типа испытаний моста и цели выполнения этих испытаний следует строго учитывать, что результаты испытаний всегда подвержены нежелательным ошибкам.Влияние этих ошибок на результат окончательной оценки моста зависит от многих факторов. Важным элементом исследования является поиск причин ошибок и оценка их влияния на окончательную неопределенность оценки моста или попытку их избежать, приняв соответствующие решения во время выполнения и анализа результатов испытаний.

Анализируя причины ошибок, связанных с различными элементами процесса оценки моста с помощью нагрузочного теста, некоторые из них появляются во время подготовки и выполнения теста, в то время как другие выводятся в ходе апостериорного анализа результатов.Можно выделить следующие причины:

— погрешности измерений, связанные с используемым измерительным оборудованием;

— ошибки метода, связанные с неточностями в определении (стандартизации) того или иного метода испытаний;

— ошибки моделирования в численной модели, используемой для сравнения при диагностических и приемочных испытаниях;

— погрешности окружающей среды, связанные с возмущениями от изменений температуры или внешних вибраций, не связанных с нагрузкой испытываемого моста;

— анализ результатов измерений.

Отдельные ошибки могут быть случайными или систематическими. На основе распознавания источников ошибок можно оценить неопределенность отдельных элементов нагрузочного испытания (Guide, 2010).

На рис. 1 представлена ​​блок-схема процесса статического испытательного нагружения при диагностических испытаниях мостовой конструкции с отмеченными источниками неопределенности оценки моста, а на рис. 2 представлена ​​аналогичная схема в случае испытательного динамического нагружения. Диаграммы были разработаны по аналогии или на основе диаграммы, представленной в норме (ISO 18649, 2004).

Рисунок 1 . Блок-схема процесса статического тестового нагружения при диагностических тестах мостовой конструкции; разработан по аналогии со схемой из нормы (ISO 18649, 2004).

Рисунок 2 . Блок-схема процесса динамического испытательного нагружения при приемочных испытаниях мостовой конструкции; разработан на основе (ISO 18649, 2004).

Неопределенность при нагрузочных испытаниях

Moon and Aktan (2006) обсуждают состояние дел, связанных с структурной идентификацией построенных гражданских систем.Они указали, что построенные гражданские системы не могут быть изолированы от источников неопределенности в процессе структурной идентификации. Испытания под динамической и статической нагрузкой — одна из распространенных экспериментальных технологий, применяемых для идентификации конструкций. В Goulet and Smith (2013) представлен тот факт, что при использовании методологий идентификации систем для интерпретации данных измерений, взятых из конструкций, зависимости неопределенности во многих случаях неизвестны из-за упрощений и упущений модели.

В этой статье уделяется внимание некоторым ошибкам предварительного анализа данных измерений, которые могут привести к ошибкам в интерпретации результатов тестирования и их сравнении с целевыми значениями или значениями, полученными из численной модели. Многие из этих ошибок не рассматриваются в других публикациях.

Понятие неопределенности измерений относительно хорошо известно и часто принимается во внимание. При анализе неопределенности испытаний следует учитывать все факторы.

В случае статических испытаний приложение нагрузки может длиться длительное время, и, следовательно, при анализе следует учитывать влияние окружающей среды с присущей им неопределенностью. Для динамических испытаний, хотя условия окружающей среды и другие внешние воздействия почти не повлияют на результаты конкретного испытания, из-за короткого времени приложения нагрузки необходимо учитывать другие неопределенности, касающиеся уровня нагрузки, частоты нагрузки и т. Д. Это особенно верно в том случае, если возбуждение достигается за счет проезда транспортных средств или вибрации окружающей среды (ветер, окружающее движение,…). Конечно, следует отметить, что для конкретного испытания в определенный момент времени динамические характеристики моста были определены при определенных условиях окружающей среды и могут отличаться при различных условиях температуры и влажности. Следовательно, необходимо внести соответствующие корректировки при сравнении динамических параметров, полученных в ходе конкретных испытаний, проведенных в разное время года.

Выполнение числовой модели для разработки испытания и последующего анализа результатов также связано с некоторыми неопределенностями в отношении механических свойств материалов, а также с присущими им упрощениями, принятыми при моделировании.

При выборе методов измерения для испытаний на статическую нагрузку важно учитывать не только погрешность измерений, но и возможности проведения анализа перемещений конструкции в оперативном режиме. Нагрузка прикладывается в соответствии со схемой нагружения и удерживается в течение определенного периода времени. Продолжительность теста и точность результатов будут зависеть от времени, в течение которого нагрузка должна удерживаться до стабилизации выходных сигналов. Раннее снятие нагрузки до достижения постоянного или стационарного значения может привести к серьезным ошибкам.

Неопределенность измерений и анализ их результатов

Вначале необходимо упомянуть одно из основных правил метрологии — полностью точных измерений не существует — на практике на их результаты влияют ошибки, источники которых имеют множество символов. Тейлор (1997) указывает, что ошибки в научных измерениях не являются ошибками, их невозможно устранить, если проявить большую осторожность. Лучшее, на что вы можете надеяться, — это обеспечить минимально возможный размер ошибок и получить надежную оценку их размера.

Измерение имеет смысл только тогда, когда можно определить неточность его результата. Можно оценить неопределенность отдельных измерений на основе признанных источников ошибок, и это широко известно и применяется (Guide, 2010). Основные категории ошибок, относящиеся к измерительному оборудованию, включают:

— ошибки сборки — возникающие из-за неточностей сборки преобразователей, например: смещение точек измерения относительно теоретических или непараллельное расположение преобразователя в направлении измерения;

— ошибки юстировки прибора (процесс юстировки прибора часто определяется как пред юстировочная калибровка) — возникшие в результате применения неточных эталонов (калибраторов) или юстировки в точках диапазона измерения, отличных от реальных точек измерения;

— погрешность нелинейности — возникает из-за отклонения выходной кривой датчика от прямой, заданной в процессе настройки; эту ошибку можно уменьшить, применяя кривую настройки вместо прямой линии;

— погрешности окружающей среды — в результате неконтролируемого воздействия температуры, солнечного света или ветра на измерительное оборудование.

Собственный опыт авторов позволяет сделать вывод, что погрешности, непосредственно связанные с измерительным оборудованием, не являются основной связанной с измерениями причиной возможной неправильной оценки моста. Другие причины могут быть более значительными, например, связанные с условиями окружающей среды или, в случае измерений смещения, с выбранной точкой отсчета (рассматриваемой как нулевое смещение).

Существуют различные системы передачи перемещений исследуемой балки в точку расположения датчика, которые используются при измерении перемещений и применении механических датчиков, расположенных в зоне под исследуемым пролетом.К наиболее популярным относятся:

— проволока, прикрепленная одним концом к балке, а другим концом к пружине, закрепленной в точке расположения датчика,

— трос, прикрепленный на конце к балке, в то время как другой конец нагружен грузом, подвешенным к датчику,

— специальные подмости, возводимые под мостом, на которых установлен датчик выхода на балку.

В первой системе наблюдались ошибки, связанные с игнорированием изменения силы, вытягивающей проволоку из растянутой пружины, и изменения длины проволоки в результате этого.Ошибки, связанные с неучетом изменения длины провода по высоте — все из-за изменений температуры — можно наблюдать во всех системах.

В случае измерения смещений геодезическими методами значительные ошибки могут возникнуть из-за использования только штатива (тахеометра или нивелира) в качестве точки отсчета, без контрольного считывания призм или рейки реперного уровня.

Погрешности окружающей среды связаны с состоянием окружающих условий во время испытаний.В случае испытаний на статическую нагрузку температура может оказать особое влияние на систему измерения, а также на измеряемые уровни. В случае испытаний на динамическую нагрузку любые ошибки, вызванные изменениями температуры во время испытаний, можно игнорировать из-за в основном короткого времени проведения испытаний. Однако следует тщательно проанализировать сравнение результатов динамических испытаний, проведенных в разное время в течение года. Температура и влажность могут влиять на значение динамических параметров, которые обычно используются для обнаружения повреждений.

В случае испытания статической нагрузкой значительные ошибки могут быть связаны также с ошибкой определения времени стабилизации моста при определении постоянных и упругих значений (это будет подробно рассмотрено на примере статических испытаний в главе 4).

Другие ошибки включают использование упрощений, таких как определение прогиба балок только на основе измерения их смещения без какой-либо коррекции с учетом смещения точек опоры.Это важно при проведении испытаний со значительным уровнем нагрузки (испытание под нагрузкой) и сравнении значений прогиба, полученных во время измерений, с расчетными значениями.

В случае испытания динамической нагрузкой причины возможной несоответствующей оценки конструкции моста более сложны. Они возникают из двух источников: один связан с неправильным или упрощенным методом исследования / измерений, а другой — с неправильным или упрощенным анализом результатов измерений.Кроме того, следует отметить, что значительные ошибки также могут быть вызваны трудностями в различении глобальных и локальных откликов мостовой конструкции. Это касается как методов исследования / измерений, так и методов анализа результатов измерений.

Опыт авторов показывает, что при измерении ускорений с помощью акселерометров погрешности, связанные с неправильным выбором фильтров, а также с влиянием колебаний локальных элементов, могут иметь доминирующий характер, что подробно рассмотрено на первом примере динамического тесты в главе 4).

Последние 30 лет были временем интенсивного развития цифровых методов измерения и цифровой обработки сигналов, что особенно способствовало развитию динамических нагрузочных испытаний. Применение цифровых методов измерения, а также цифровой обработки сигналов может иметь как положительное, так и отрицательное влияние на результаты оценки мостовой конструкции.

Положительное влияние можно увидеть в основном в:

— устранение чрезмерных ошибок, связанных с «ручным» считыванием аналоговых устройств;

— более легкий контроль правильности системы измерения для оценки влияния других факторов на результаты измерения,

— возможность применения методов цифровой обработки сигналов для:

— исключить влияние шума на регистрируемые измерительные сигналы,

— использовать цифровую фильтрацию,

— производить спектральный анализ измеренных сигналов,

— возможность применения инновационных методов измерения, позволяющих измерить практически неизмеримые качества аналоговыми методами (визуальные, интерференционные, инерционные и т. Д.)).

Отрицательное влияние, т. Е. Повышенная неопределенность погрешности измерения, применения цифровых методов измерения и цифровой обработки сигналов можно наблюдать, например, в:

— применение неправильной выборки и начальной фильтрации измеренных сигналов, особенно в случае записей ускорения,

— создание инновационных методов измерения перемещений, не учитывающих погрешности, возникающие из-за расположения точки отсчета, только на штативе устройства; что, например, важно в случае методов зрения (Olaszek, 1999),

— оценка квазистатического значения на основе перемещений, зарегистрированных во время движения транспортного средства на скоростях, близких к максимальным, вместо скорости примерно 10 км / ч (тест на ползание) может привести к значительным ошибкам, как будет подробно рассмотрено во втором примере динамических тестов в главе 4.

Примеры испытаний под нагрузкой

Представленные примеры касаются практических случаев, когда использование неправильных методов испытаний может привести к значительным ошибкам в оценке моста, если они не будут должным образом обнаружены. Первый случай касается испытания статической нагрузки на автомобильном мосту и показывает, насколько значительные ошибки в оценке моста могут появиться при анализе времени стабилизации прогиба моста при определении постоянных и упругих значений. Следующие два случая касаются испытания динамической нагрузкой двух железнодорожных мостов.Второй пример показывает, что при измерении ускорений с помощью акселерометров погрешности, связанные с неправильным выбором фильтров, а также с влиянием колебаний локальных элементов, могут иметь доминирующий характер по сравнению с результатами аналитического расчета. Третий пример показывает, насколько значительные ошибки в оценке моста могут появиться при оценке квазистатического значения смещений, зарегистрированных во время движения поездов на скоростях, близких к максимальным, вместо скорости примерно 10 км / ч.

Пример испытания статической нагрузкой

Исследуемый мост состоит из трех пролетов без опоры с длиной пролета 29,00 + 21,20 + 29,00 м. Ремонтировать пришлось из-за плохого технического состояния с разрушенным деревянным настилом и ограничением грузоподъемности до 3,5 тонн. Конструкция моста после ремонта показана на рисунке 3. Представленный случай имел место на крайних пролетах. Каждый пролет состоит из трех стальных двустатных балок, к которым добавлены нижние полки и поперечины, образующие решетку.При ремонте на стальных пролетных фермах изготовлена ​​сборно-железобетонная плита перекрытия. Все стальные соединения были спроектированы как фрикционные соединения с высокопрочными фрикционными болтами (рис. 4).

Рисунок 3 . Вид автомобильного моста — крайний пролет на переднем плане; от Olaszek (2015) разрешение было предоставлено Комитетом гражданского строительства и гидротехники Польской академии наук.

Рисунок 4 . Вид снизу на крайний пролет — видимые детали добавленной конструкции во время ремонта; от Olaszek (2015) разрешение было предоставлено Комитетом гражданского строительства и гидротехники Польской академии наук.

Во время первого статического испытания оригинального отремонтированного моста были обнаружены значительные значения прогиба в конце пролета сразу после того, как два грузовика въехали на мост. Однако, поскольку зарегистрированные измеренные значения прогиба были значительно ниже расчетных, были введены еще два грузовика. Из-за зарегистрированных значений отклонения приращения (рис. 5A) испытание было остановлено до того, как эти значения стабилизировались. Удалось определить только постоянное значение смещения d pv ; который достиг очень большого значения.

Рисунок 5 . Зарегистрированные экстремальные прогибы балки во времени: (A) во время первой испытательной нагрузки; (В) при испытательной нагрузке после ремонта. Отмечены значения прогиба эластичного d ev и постоянного d pv .

Правильный диагноз наблюдаемого поведения моста и остановка испытания под нагрузкой до того, как мосту было нанесено необратимое повреждение, была дана на основе непрерывного и оперативного наблюдения за прогибами во времени.Обобщая результаты измерений и информацию, предоставленную Подрядчиком, можно констатировать, что Подрядчик сделал компрессионные соединения с неполной несущей способностью. К счастью, испытание было остановлено, и пролеты были разгружены. Если бы процесс нагружения продолжился, зазоры между болтами фрикционных соединений и отверстиями в элементах конструкции могли бы исчезнуть. На основании проведенного анализа был произведен ремонт стыков — между элементами конструкции, которые до этого момента были соединены фрикционными стыками, вводились независимые сварные швы.Более подробная информация о нагрузочном тестировании и анализе ненадлежащего поведения конструкции представлена ​​в Olaszek et al. (2014b).

Второе испытание под нагрузкой было проведено после ремонта стыков. Результаты испытаний показали, что после ремонта конструкция работала исправно. Примерная история времени отклонения во время испытательной нагрузки экстремального пролета представлена ​​на фиг. 5В и характеризуется быстрой стабилизацией смещений как после приложения нагрузки, так и после ее снятия.Удалось определить упругие значения смещения d ev и постоянные значения смещения d pv . В этом случае постоянное значение смещения d pv было очень маленьким, близким к нулю.

В представленном случае (первое испытательное нагружение) мы видим исключительное поведение, при котором не наблюдались значительные приращения прогиба и не наблюдалась тенденция к стабилизации смещений после приложения нагрузки.Напротив, при испытании после ремонта наблюдается очень быстрая стабилизация смещений как после приложения нагрузки, так и после ее снятия. Во время проведения статических нагрузочных испытаний на мостах разных типов можно наблюдать разные скорости стабилизации. Это очень важный фактор, который следует учитывать при выполнении статического диагностического нагрузочного теста, а продолжительность теста и точность результатов будут зависеть от времени, в течение которого нагрузка должна удерживаться до стабилизации выходных сигналов.Раннее снятие нагрузки до того, как будет достигнуто постоянное или стационарное значение, является распространенной ошибкой, которая может привести к серьезным ошибкам в результатах испытаний и принятию неправильных решений. Более подробное описание различных скоростей стабилизации для разных типов бетонных и стальных мостов доступно в Olaszek and Casas (2019).

Примеры испытаний динамической нагрузкой

Первым примером испытания на динамическую нагрузку является мост, состоящий из двух конструкций, каждая для одной железнодорожной линии.Каждый мост был спроектирован как стальная ферма со свободными концами и параллельными поясами (рис. 6). Нижние пояса состоят из двух плоских балок с балластным поддоном из композитного железобетона. Конструкция фермы была сварной и склепанной. Длина пролета 93,00 м. Железнодорожный путь является характерной чертой этого виадука, поскольку он изогнут по всей длине пролета с радиусом кривизны R = 2600 м (рис. 7). Проблема моделирования динамического анализа движения высокоскоростных поездов по криволинейным в плане мостам была представлена ​​в литературе (Xia et al., 2008; Димитракопулос и Цзэн, 2015). Представленный здесь пример связан с проблемой сравнения измеренных значений ускорения со значениями, определенными аналитически. Достоверность этого сравнения можно предположить, если измеренные значения ускорения соответствуют только тем колебаниям элементов конструкции, которые учитываются в расчетах. Как правило, при расчетах динамических конструкций не учитываются такие элементы, как железнодорожные пути, барьеры, рельсы и т. Д. Даже если датчик ускорения расположен очень осторожно, нежелательные колебания элементов, исключенных из расчетов, могут быть зарегистрированы.Основные частоты колебаний этих элементов, как правило, выше основных частот балок, и надежное сравнение с расчетными значениями возможно только после правильной фильтрации зарегистрированной истории ускорений.

Рисунок 6 . Вид сбоку на первый представленный железнодорожный мост; от Olaszek (2015) разрешение было предоставлено Комитетом гражданского строительства и гидротехники Польской академии наук.

Рисунок 7 .Вид на мост с железнодорожной линии — криволинейный железнодорожный путь, видимый в уровне дороги; от Olaszek (2015) разрешение было предоставлено Комитетом гражданского строительства и гидротехники Польской академии наук.

Цифровая модель моста (рис. 8) представляла собой трехмерный каркас, состоящий из элементов с 6 степенями свободы в узле (Olaszek et al., 2013). Все элементы фермы и поперечные балки настила моделировались как одномерные балочные элементы. Композитный железобетонный настил также был смоделирован как сетка из балочных элементов.Модель состоит из 249 узлов и 526 элементов. Вес дополнительных компонентов, таких как балласт, шпалы, гусеница и балюстрады, был оценен и распределен между элементами модели палубы.

Рисунок 8 . Геометрия числовой модели моста, обозначенные элементы конструкции моста, моделируемые одномерными балочными элементами: ST-элемент стальной фермы, стальная опорная балка SS, стальная поперечная балка SC, CD-элемент железобетонного перекрытия. ; (Olaszek et al., 2013) разрешение было предоставлено Вальдемаром Шанецом (автором модели).

Подвижная нагрузка (инерционная, подпружиненная) моделировалась как сосредоточенные силы, действующие на конструкцию. В связи с тем, что горизонтальные силы всегда должны сочетаться с вертикальной нагрузкой железнодорожного транспорта, расчеты проводились в два этапа. В первом случае расчет производился для прямого пути, а во втором — для криволинейного пути с заданным радиусом. Во втором случае к вектору вертикального действия добавлялись составляющие, участвующие в действии горизонтальных сил.

Модель моста была откалибрована в соответствии с историей времени прогиба, а затем были вычислены ускорения с помощью откалиброванной модели. Чтобы проверить максимально допустимое значение ускорения моста на разных скоростях поезда, необходимо было спрогнозировать истории разгона (EN, 2003, 2005).

Сравнительный анализ временной истории смещения, измеренной во время езды на поезде со скоростью 200 км / ч и определенной аналитически с помощью численной модели, описанной выше, показывает высокое соответствие результатов измерений результатам расчетов — около 99%.Пример измеренных и рассчитанных временны́х графиков вертикальных перемещений при движении специального поезда (два локомотива и четыре пассажирских вагона, помещенных между ними) со скоростью 200 км / ч показан на рисунке 9.

Рисунок 9 . Измерены и рассчитаны временные характеристики вертикальных перемещений при прохождении специального поезда (два локомотива и четыре пассажирских вагона, помещенных между ними) на скорости 200 км / ч.

Примечательно, что при сравнении истории времени ускорения, зарегистрированной и определенной с теоретической моделью в одной и той же точке тестируемой несущей конструкции во время одной поездки на поезде, проявляется различное соответствие.Отношение экстремальных измеренных положительных и отрицательных амплитуд ускорения к расчетным составляло от 131 до 288% в случае использования измерения сигнала фильтра Бесселя с частотой 20 Гц во время испытания (Рисунок 10A). Это важное различие возникло из-за высокочастотных колебаний в измеренной временной шкале (рис. 10В). Наиболее вероятной причиной отсутствия высокочастотной составляющей в расчетной временной истории ускорения является отсутствие моделирования путей и препятствий. После использования фильтра Бесселя 10 Гц был получен коэффициент, близкий к податливости смещения — в диапазоне от 103 до 112% (рис. 10C).Этот пример является доказательством важности использования правильных фильтров при измерении и анализе виброускорений моста, а также необходимости точных теоретических моделей для получения прогнозируемых значений или важности точного знания основных ограничений моделей из-за принятые гипотезы и упрощения действительности. Более подробное представление о важности использования правильных фильтров при измерении и анализе виброускорений моста представлено в Olaszek (2015).

Рисунок 10 . Сравнение времени ускорения, измеренного во время прохождения поезда на скорости 200 км / ч (то же, что на рисунке 9) и определенного аналитически: (A) ускорение, измеренное с использованием фильтра нижних частот Бесселя с частотой 20 Гц, и ускорение, рассчитанное без каких-либо фильтров; (B) частотный спектр из измеренной и вычисленной временной истории от (A) ; (C) измеренное и рассчитанное ускорение после использования фильтра нижних частот Бесселя 10 Гц.

Второй пример испытания динамической нагрузкой — это также мост с двумя параллельными конструкциями, каждая для одной железнодорожной линии. Каждое сооружение представляет собой стальной арочный мост с железобетонным настилом моста. Длина пролета 75 м, высота свода 15 м (рис. 11). Подвесы изготовлены из стальных стержней и приварены к арке и стяжке арки (рис. 12). Во время приемочного диагностического нагрузочного теста были обнаружены высокие значения коэффициента динамического усиления, что связано с динамической восприимчивостью моста.Мост показывает высокий уровень вибрации в подвесках как для случаев вынужденной, так и для случая свободной вибрации. Пример записанных хронологий горизонтальных ускорений подвесок для двух проездов (10 и 200 км / ч) специального поезда показан на рисунке 13. Мы можем видеть там, как ускорения в значительной степени увеличиваются со скоростью, а также различное поведение. наблюдается между продольными и поперечными ускорениями в зависимости от скорости поезда. Подобные чрезмерные колебания подвесок, вызванные резонансом во время проезда поездов, представлены у Андерссона и Каруми (2012).

Рисунок 11 . Вид сбоку на второй железнодорожный мост.

Рисунок 12 . Вид на мост с уровня железной дороги — видны подвесы из стальных стержней.

Рисунок 13 . Измеренные временные характеристики горизонтальных ускорений подвесок для проезда спецпоезда (между ними размещены два локомотива и четыре пассажирских вагона): (A) при скорости v = 10 км / ч, (B) при скорости движения. скорость v = 200 км / ч; направления горизонтальных ускорений: поперек и вдоль заданы относительно направления пути.

В этом примере представлено возможное применение методов цифровой обработки сигналов для экстраполяции результатов измерений во время динамических испытаний высокоскоростных железнодорожных мостов. Были опробованы различные методы оценки квазистатического значения смещения на основе смещений, зарегистрированных во время движения поезда на скоростях, близких к максимальным, вместо скорости примерно 10 км / ч. Исследована ошибка использования разных альтернатив.

Действительные значения коэффициентов динамического усиления d av должны быть рассчитаны как:

, где d vmax — крайнее значение отклонения при скорости v max и d vsta — крайнее значение отклонения при скорости v sta .

Динамические испытания проводились на специальном поезде, состоящем из двух локомотивов и четырех пассажирских вагонов, размещенных между ними. Поезд ехал со скоростью от v sta = 10 км / ч до v max = 200 км / ч, с промежуточными скоростями v i = 80, 120, 160 и 180 км / ч. Примеры измеренных хронологий вертикального смещения на длине пролета (точка с максимальными отклонениями) во время прохождения поезда со скоростями v 10 и v 200 представлены на рисунке 14A.

Рисунок 14 . Измеренные и экстраполированные временные характеристики вертикальных смещений для проездов поездов (такие же, как на рисунке 13): (A) измеренных вертикальных смещений при скорости v = 10 км / ч и v = 200 км / ч; (B) — оценка квазистатического значения с использованием BF нижних частот, фильтра Бесселя; FIR, FIR фильтр; и MAF, фильтр скользящего среднего.

Временная история квазистатического смещения d ( v sta , t ) была создана на основе временной истории смещений d ( v max , т ) зарегистрировано во время движения поезда на ПДК v max = 200 км / ч.

В случае автомобильных мостов метод получения истории квазистатических смещений посредством фильтрации был представлен в Paultre et al. (1992). Согласно этой публикации, цифровой фильтр нижних частот, применяемый к записанным данным, используется для сглаживания динамических частот в сигнале. Фильтрация может выполняться с помощью фильтра скользящего среднего или фильтров с конечной импульсной характеристикой. Применяемый фильтр должен иметь полосу пропускания f pb частота:

, где v — скорость автомобиля, L — длина пролета.Полоса задерживания с частотой среза f co должна быть ниже первой основной частоты моста f F 1 :

Для анализа эффективности метода фильтрации на железнодорожных мостах были протестированы три типа фильтров нижних частот, существенно различающихся по частотным характеристикам (Smith, 2003; Lyons, 2011):

— Фильтр Бесселя (BF),

— Фильтр с конечной импульсной характеристикой (КИХ),

— Фильтр скользящего среднего (MAF).

Результаты в случае фильтра Бесселя, фильтра FIR и фильтра скользящего среднего были проанализированы с использованием метода последовательных приближений (фильтрация с использованием переменной частоты среза), чтобы получить отсутствие свободных колебаний в отфильтрованном сигнале. На рисунке 14B представлены примеры результатов прохождения поезда, полученные после использования фильтров Бесселя, КИХ-фильтров и фильтра скользящего среднего с частотами отсечки, чтобы избежать свободных колебаний в отфильтрованном сигнале. Также показан экстремальный уровень перемещений, зарегистрированных во время движения поезда на скорости 10 км / ч.Наилучший результат (относительное отклонение ≈0%) был получен при использовании FIR-фильтрации, а худший результат (относительное отклонение −83%) был получен после использования скользящего среднего. Коэффициент динамического усиления, определенный на основе пробега поездов на скоростях 10 и 200 км / ч, составил 1,23. После фильтрации, использованной для оценки квазистатического значения, два фильтра дали завышенные значения коэффициента динамического усиления, равные 1,85 и 7,19, а одно оценочное значение близко к реальному значению. Более подробное представление различных методов экстраполяции для динамических испытаний железнодорожных мостов представлено в Olaszek and Casas (2019).

Как справиться с неопределенностями и ошибками при нагрузочном тестировании моста

Как показано в предыдущих главах, неопределенность и ошибки присущи выполнению и анализу результатов нагрузочных испытаний моста. Если это не будет принято надлежащим образом, это может привести к неправильным решениям относительно безопасности моста (недостаточная жесткость,….) И / или работоспособности (чрезмерная вибрация, постоянные прогибы, коэффициент динамического усиления,….). Первый шаг к тому, чтобы избежать таких ошибок, — это знать их.В этом смысле опыт, полученный в результате большого количества выполненных тестов, обеспечивает ценную основу. Опыт, показанный в данной и других статьях, имеет чрезвычайную ценность в отношении принятия мер в конкретных тестах и, наконец, может стать основой для принятия Руководства по правильному выполнению и анализу тестов. Конечно, конечной целью будет разработка стандартов и кодексов.

Стандартизация — важный элемент тестов. Стандарт (ISO / IEC 17025, 2017), используемый исследовательскими лабораториями, определяет общие требования к компетентности, беспристрастности и последовательной работе лабораторий.Исследовательские лаборатории, которые хотят, чтобы их компетенция была подтверждена аккредитацией, выданной уполномоченным органом по аккредитации в данной стране, должны применять эту норму. В настоящее время действует его версия 2005 года, а с 2020 года вступит в силу версия 2017 года, которая регулируется на международном уровне ILAC [Международное сотрудничество по аккредитации лабораторий (ILAC, 2018)].

Важные элементы стандарта (ISO / IEC 17025, 2017), среди прочего, относятся к:

— Персонал;

— Объекты и условия окружающей среды;

— Оборудование;

— Метрологическая прослеживаемость;

— Выбор, проверка и валидация методов;

— Работа с объектами испытаний или калибровки;

— Оценка неопределенности измерений;

— Обеспечение достоверности результатов;

— Отчетность о результатах.

Межлабораторные сличения выполняются как важная проверка для обеспечения качества тестов и предотвращения ошибок. Olaszek et al. (2014a) представили межлабораторные сравнения, которые позволили проверить методы измерения прогиба моста, используемые в лабораториях. Проверка показала, что система передачи перемещений испытуемой балки к месту установки преобразователя с помощью проволоки и груза пригодна как для статических, так и для динамических нагрузочных испытаний, но только в случае низкочастотных колебаний.Система не работает при более высоких частотах вибрации и сильных импульсных функциях.

Норма разработана для того, чтобы гарантировать качество исследований во всех типах лабораторий. Он не учитывает специфику нагрузочного тестирования моста. В связи с этим в Польше был разработан документ (Польский центр аккредитации, 2017), который включает особые требования, связанные с испытаниями мостов, например:

— объем и требования к методам исследования конструкций мостов при испытательном нагружении;

— предельные значения неопределенности измерений и требуемые составляющие бюджета неопределенности измерений;

— требования к программе обеспечения качества результатов лабораторных исследований;

— типовой объем аккредитации при испытаниях железнодорожных мостов, автомобильных мостов и пешеходных мостов;

— требуется минимальная программа исследований в случае железнодорожных мостов, автомобильных мостов и пешеходных мостов.

Документ разработан в сотрудничестве с Группой экспертов по аккредитации лабораторий, проводящих испытания инженерных сооружений, особенно мостов. Документ был рассмотрен Министерством инфраструктуры и строительства, Главным управлением национальных дорог и автомагистралей и Польскими государственными железными дорогами SA. Подобные инициативы будут представлять интерес для устранения источников ошибок как при получении, анализе и сравнении результатов по нагрузке на мосты. тесты, проводимые различными лабораториями по всему миру.

Выводы

В статье представлены практические соображения относительно нескольких источников ошибок при выполнении и анализе результатов статических и динамических нагрузочных испытаний мостов. Обращено внимание на различные причины неопределенности оценки моста при нагрузочных испытаниях. В случае измерений можно оценить неопределенность отдельных измерений на основе признанных источников ошибок. Приведены основные причины ошибок, связанных с различными методами измерения.

Использование неправильных методов испытаний может привести к значительным ошибкам в оценке моста. Это показано в трех примерах нагрузочного тестирования, описанных в статье. Первый случай испытания статической нагрузкой показывает, насколько значительные ошибки в оценке моста могут появиться при анализе времени стабилизации прогиба моста при определении постоянных и упругих значений. Следующие примеры взяты из динамического нагрузочного тестирования. Второй показывает, как в случае измерения ускорений с помощью акселерометров могут появиться значительные ошибки в оценке моста из-за неправильного выбора фильтров.Третий пример показывает, насколько значительные ошибки в оценке моста могут появиться во время определения коэффициента динамического усиления путем оценки квазистатического значения смещений из записей, полученных на высоких скоростях.

Применение соответствующих международных стандартов или национальных правил, основанных на опыте, представленном в документе, становится необходимым для правильного управления неопределенностями и ошибками при испытаниях мостов под нагрузкой и для сравнения результатов, предоставленных различными агентами или лабораториями.Фактически, одни и те же экспериментальные записи могут быть получены на основе очень разных результатов тестирования из-за применения разных методов. Следовательно, эти методы должны быть правильно откалиброваны, чтобы избежать любых ошибок.

Не все аспекты нагрузочного тестирования подходят для стандартизации. Но, по крайней мере, стандартизация должна в первую очередь включать уровни нагрузки, диапазон и точность измерений и методы предварительного анализа данных. Из-за различных типов, ситуаций и состояния испытанных мостов стандартизация трудно применять, и в некоторых случаях она не может выходить за рамки применения правил обоснованного инженерного суждения, основанного на опыте, накопленном после многих лет опыта.

Авторские взносы

PO и JC подготовили концепцию статьи. ПО подготовило примеры тестирования мостов и написало первый черновик рукописи. JC написал разделы рукописи и отредактировал окончательную редакцию. Оба автора прочитали и одобрили представленную версию.

Заявление о конфликте интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Выражаем благодарность всем коллегам из Лаборатории исследования конструкции моста Научно-исследовательского института дорог и мостов за их активное участие в исследовательской работе, а также Вальдемару Шанец из Технологического университета Кельце за предоставление результатов расчетов второго железнодорожного моста.

Список литературы

Андерссон А. и Каруми Р. (2012). «Снижение резонансного поведения связанного арочного железнодорожного моста с помощью повышенного демпфирования подвески», 6 -я Международная конференция по техническому обслуживанию, безопасности и управлению мостами (Стреза: Taylor & Francis Group).

Google Scholar

Касас, Дж. Р. (2006). «Управление мостами: актуальные и будущие тенденции», в Управление мостами, Life Cycle Performance and Cost , ed. П. Дж. С. Круз, Д. М. Франгопол и Л. К. Невес (Тейлор и Фрэнсис), 21–30. DOI: 10.1201 / b18175-6

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Касас, Дж. Р., и Гомес, Дж. Д. (2010). «Оценка пропускной способности моста с помощью комбинированных данных контрольной нагрузки и WIM», в протоколе Proceedings of IABMAS’10 (Филадельфия, Пенсильвания).

Google Scholar

Касас, Дж. Р., Гомес, Дж. Д. (2013). Грузоподъемность автомобильных мостов испытательным нагружением. KSCE J. Civil Eng. 17, 556–567. DOI: 10.1007 / s12205-013-0007-8

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Димитракопулос, Э. Г., Цзэн, К. (2015). Схема трехмерного динамического анализа взаимодействия поездов с изогнутыми железнодорожными мостами. Comput. Struct. 149, 43–60. DOI: 10.1016 / j.compstruc.2014.12.002

CrossRef Полный текст | Google Scholar

EN 1990: 2002 / A1 (2005). Еврокод — Основы конструктивного проектирования. Европейский комитет по стандартизации, Брюссель.

EN 1991-2 (2003). Еврокод 1: Воздействие на конструкции — Часть 2: Транспортные нагрузки на мостах . Брюссель: Европейский комитет по стандартизации.

Фабер, М. Х., Вал, Д. В., и Стюарт, М. Г. (2000). Проверочные испытания под нагрузкой для оценки и модернизации мостов. Eng. Struct. 22, 1677–1689.DOI: 10.1016 / S0141-0296 (99) 00111-X

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гуле, Дж. А., и Смит, И. Ф. (2013). Структурная идентификация с систематическими ошибками и неизвестными зависимостями неопределенностей. Comput. Struct. 128, 251–258. DOI: 10.1016 / j.compstruc.2013.07.009

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Руководство

(2010 г.). Оценка данных измерений — Руководство по выражению неопределенности в измерениях . Париж: Объединенный комитет руководств по метрологии; Международная организация законодательной метрологии.

Институт инженеров-строителей и Национальный руководящий комитет по нагрузочным испытаниям мостов. (1998). Руководство по дополнительным нагрузочным испытаниям мостов . Лондон: Thomas Telford Ltd.

ISO 18649 (2004). Оценка механической вибрации результатов измерений динамических испытаний и исследований мостов . Женева: Международная организация по стандартизации.

ISO / IEC 17025 (2017). Общие требования к компетенции испытательных и калибровочных лабораторий .Женева: Международная организация по стандартизации.

Лайонс, Р. Г. (2011). Общие сведения о цифровой обработке сигналов. 3-й Эдн . Река Аппер Сэдл, Нью-Джерси: Пирсон, Прентис-Холл.

Google Scholar

Мун, Ф. Л., Актан, А. Э. (2006). Влияние эпистемической (систематической) неопределенности на структурную идентификацию построенных (гражданских) систем. Ударный вибратор. Дайджест . 38, 399–422. DOI: 10.1177 / 0583102406068068

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Олашек, П.(1999). Исследование динамических характеристик мостовых конструкций методом компьютерного зрения. Измерение 25, 227–236. DOI: 10.1016 / S0263-2241 (99) 00006-8

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Олашек, П. (2015). Применение цифровых методов измерения для исследования мостов (на польском языке — Cyfrowe Metody Pomiarowe w Zastosowaniu do Badan Mostów) . Warszawa, Polska Akademia Nauk Komitet Inzynierii Ladowej i Wodnej.

Олашек, П., и Касас, Дж. Р. (2019). «Диагностические испытания мостов под нагрузкой — Предпосылки и примеры применения», в «Испытания мостов под нагрузкой (конструкции и инфраструктуры)», под ред. Э. Ланцохта (CRC Press, Taylor & Francis Group).

Google Scholar

Олашек, П., Цесла, Дж., И Сзанец, В. (2013). Исследование горизонтальных сил приводит к железнодорожному виадуку с изогнутой тележкой (на польском языке — Badanie skutków oddziaływan bocznych na wiadukcie kolejowym lezacym na łuku). Budown.Arch. 12, 47–54.

Google Scholar

Олашек П., Жагода М. и Касас Дж. Р. (2014b). Диагностические нагрузочные испытания и оценка существующих мостов: примеры применения. Struct. Инфраструктура. Англ. 10, 834–842. DOI: 10.1080 / 15732479.2013.772212

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Олашек, П., Мазанек, М., Янас, Л., Саламак, М., и Матисек, А. (2014a). Суть межлабораторных сличений — качество нагрузочных тестов (на польском языке: Istota porównan miedzylaboratoryjnych – jakość badan pod próbnym obciazeniem). Мосты 2, 32–35.

Google Scholar

Paultre, P., Chaallal, O., and Proulx, J. (1992). Динамика моста и коэффициенты динамического усиления — обзор аналитических и экспериментальных результатов. Банка. J. Civil Eng. 19, 260–278. DOI: 10,1139 / л, 92-032

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Смит, С. В. (2003). Цифровая обработка сигналов: практическое руководство для инженеров и ученых . Амстердам: Newnes, Elsevier Inc.

Google Scholar

Тейлор, Дж. (1997). Введение в анализ ошибок, исследование неопределенностей в физических измерениях . Саусалито, Калифорния: Университетские научные книги.

Google Scholar

Ван, Н., О’Мэлли, К., Эллингвуд, Б., и Зурейк, А. (2011). Рейтинг мостов с использованием оценки надежности системы. I: оценка и проверка посредством нагрузочного тестирования. J. Bridge Eng. 16, 854–862. DOI: 10.1061 / (ASCE) BE.1943-5592.0000172

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Вишневски, Д., Касас, Дж. Р., и Гон, М. (2012). Кодексы для оценки безопасности существующих мостов — текущее состояние и дальнейшее развитие. Struct. Англ. Int. 22: 2. DOI: 10.2749 / 101686612X13363929517857

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ся, Х., Го, В. В., Ву, X, Пи, Ю. Л. и Брэдфорд, М. А. (2008). Анализ бокового динамического взаимодействия системы поезд – ферма – опора. J. Sound Vibrat. 318, 927–942. DOI: 10.1016 / j.jsv.2008.05.002

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Анализ

статических и динамических нагрузок — Блог CLR

Цель подшипников качения проста: выдерживать радиальные, осевые или комбинированные нагрузки для улучшения работы систем механической передачи.Что касается редукторов скорости, подшипники качения противодействуют этим статическим и динамическим нагрузкам , гарантируя стабильность и надежность системы, а также долговечность продукта. Вам может быть интересно, что это за нагрузки и как их рассчитать? Какие шаги мы должны выполнить, чтобы произвести правильный расчет подшипника качения ?

Типы нагрузок

Подшипники качения служат для разных целей в различных механических решениях.Именно по этой причине они требуют стандартов, которые определяют измерения усталости или отказов и ограничения . Это способствует взаимозаменяемости этого компонента у различных производителей и поставщиков. Следуя этим стандартизированным критериям выбора, важна информация о нагрузке на систему, поскольку она предоставит нам четкую информацию о том, какой подшипник качения является наиболее подходящим для каждого проекта или редуктор . Ниже мы определяем основные нагрузки, которые вы должны контролировать:

Допустимая нагрузка C — это механическая величина, которая позволяет нам рассчитать срок службы подшипника качения с учетом осевых или радиальных нагрузок.Динамическая нагрузка меняется со временем, но знание этого поможет нам определить базовый номинальный ресурс подшипника . Это основная часть данных, которую вы должны указать в резюме вашего проекта. Основные стандарты номинального ресурса указаны в стандарте ISO 281: 2007 .

  • Эквивалентная динамическая нагрузка

Это стандартное измерение, которое рассчитывает и определяет неизменный и постоянный уровень нагрузки во время работы .Он учитывает все силы, которым подвергается подшипник качения. В этом случае нагрузка P определяется как Pr (радиальная) или Pa (осевая).

Когда подшипник качения подвергается комбинированным нагрузкам, мы можем рассчитать радиальную эквивалентную нагрузку по следующей формуле:

Pr = X.Fr + Y.Fa [кН]

Знаете ли вы, что такое статическая нагрузка есть, точно? Это нагрузка , неизменная во времени . В качестве основного определения можно сказать, что это уровень неизменной нагрузки, которой подвергается подшипник качения, когда он движется или находится в состоянии покоя.Этот тип нагрузки может быть радиальной или осевой.

Как мы можем определить этот элемент более подробно? Для более глубокого анализа мы могли бы сказать следующее: Статическая нагрузка — это стационарное действие силы момента, действующей на определенный элемент. Чтобы сила или момент были стационарными или статическими, они должны обладать величиной, направлением и точкой (точками) приложения, которые не меняются во времени.

Это стандартное измерение, которое вычисляет и определяет уровень гипотетической нагрузки, которая в случае приложения вызовет такую ​​же максимальную нагрузку на тела качения подшипника качения, как и фактические нагрузки, которым подвергается подшипник качения.Он учитывает все силы, которым подвергается подшипник качения. Эта нагрузка P определяется как Fr (радиальная) или Fa (осевая).

Когда подшипник качения подвергается комбинированным нагрузкам, мы можем рассчитать эквивалентную радиальную нагрузку по следующей формуле:

P 0 = X 0 .Fr + Y 0 .Fa [кН]

Для других расчетов подшипников качения обращайтесь по адресу

  1. Расчет срока службы

3 подшипники работают при правильной нагрузке и установке, напряжениях и нагрузках, которым они подвергаются, изнашивая их материал.Срок службы подшипника качения обычно связан с теорией усталости . Если подшипник качения изнашивается и его материалы становятся неэффективными, срок службы подшипника заканчивается. Стандарт ISO 281 регулирует эти данные. Какие элементы влияют на срок службы подшипников качения в соответствии со стандартами ?:

  • Пределы выносливости материала.
  • Нагрузка на подшипник качения
  • Скорость вращения
  • Внутреннее распределение динамических нагрузок (как радиальных, так и осевых).
  • Условия трения или тип подшипника качения.

«Эффективный базовый номинальный ресурс подшипника качения, или усталостный ресурс L10, определяется как общее количество оборотов, совершенных 90% подшипников качения из набора в течение определенного времени без сбоев».

Возможная причина выхода подшипника из строя | Источник изображения: machinerylubrication.com

  1. Размер подшипника качения

Размер имеет первостепенное значение для правильной работы компонента.Это всегда будет зависеть от таких факторов, как:

  • Расчетный срок службы
  • Максимальная нагрузка, которую он будет нести в зависимости от области применения
  • Уровень эксплуатационной безопасности

  1. Тип подшипника качения

Еще один ключевой фактор в расчетах подшипников качения . Как мы уже обсуждали ранее, каждый из подшипников качения предназначен для противодействия различным радиальным и осевым нагрузкам в зависимости от области применения.

Хотим поделиться с вами интересной статьей из нашего блога об основных типах подшипников качения в существовании .

Кроме того, их обычно классифицируют по телам качения, будь то шарики, ролики или бочки. Эта классификация связана с нагрузкой, поскольку, в отличие от двух других, первая используется для более легких грузов.

Наконец, существует классификация, связанная с жесткостью детали: подшипники с неподвижным концом и подшипники со свободным концом.Это обычное дело, например, в тяжелой технике.

  1. Время работы и рабочая скорость

Это не зависит от нагрузки. Также следует обратить особое внимание на время работы и количество оборотов. Существуют стандартизованные таблицы, которые содержат все эти данные, чтобы указать срок службы для различных отраслей и машин.

Последний этап расчета подшипников качения: поправочные коэффициенты

Говоря о механических компонентах , невозможно предсказать точный срок службы материала.По этой причине следует установить поправочные коэффициенты , которые учитывают данные о сроке службы на основе грузоподъемности подшипников , и других элементов, которые кондиционируют систему. Мы должны учитывать:

  • Срок службы поправочный коэффициент на основе жизнеспособности
  • поправочные коэффициенты на основе материала подшипника качения
  • поправочный коэффициент на основе условий эксплуатации

Подводя итог, важно, чтобы учитывайте эти значения при расчете подшипников качения, чтобы получить более точную информацию о сроке службы.Благодаря этому мы сможем спрогнозировать наши потребности в обслуживании и замене.

Подшипники качения и редукторы

Как вы, наверное, догадались, подшипники качения являются очень важными деталями для правильного функционирования наших редукторов .

Вы разрабатываете механический проект и хотели бы получить совет относительно того, какой подшипник качения лучше всего подходит для вашего применения? Свяжитесь с нашими инженерами.Помните, что CLR производит редукторы под ключ в соответствии с вашими потребностями.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

*

*

*