Никитаев Игорь Владимирович - кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой «Подъемно-транспортные машины и машиноремонт» ВГУВТ.
603950, Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5
AuthorID (РИНЦ) 827332
Igor V. Nikitaev - Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Head of the Lifting and Transport Machinery and Machine Repair Department, Volga State University of Water Transport.
Nesterov St., 5, Nizhny Novgorod, 603950
AuthorID (RSCI) 827332
Волский Петр Николаевич - аспирант, ассистент кафедры «Подъемно-транспортные машины и машиноремонт» ВГУВТ.
603950, Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5
AuthorID (РИНЦ) 1333631
Petr N. Volskiy - Postgraduate, Assistant of the Lifting and Transport Machinery and Machine Repair Department, Volga State University of Water Transport.
Nesterov St., 5, Nizhny Novgorod, 603950,
AuthorID (RSCI) 1333631
В статье решается актуальная задача повышения достоверности оценки остаточного ресурса металлоконструкций плавучих кранов, длительно эксплуатирующихся под действием значительных статических и циклических нагрузок.
Цель статьи — разработка и обоснование методики оценки остаточного ресурса плавучих кранов на основе адаптированной математической модели поврежденной среды, учитывающей совместное действие механизмов мало- и многоцикловой усталости при сложном непропорциональном нагружении.
Работа выполнена на основе комплексного подхода, включающего: обобщение фундаментальных положений механики поврежденной среды и теорий усталостного разрушения; математическое моделирование процессов накопления повреждений с использованием эволюционных уравнений, учитывающих кинематическое упрочнение и историю нагружения; конечно-элементное моделирование напряженно-деформированного состояния металлоконструкций; численную верификацию модели на основе экспериментальных данных для конструкционных сталей; разработку двухуровневой методики, интегрирующей глобальный анализ конструкции и локальный анализ в опасных зонах. Обоснована необходимость учета явлений многоцикловой усталости и нестационарного деформирования, которые не учитываются в традиционных упруго-расчетных схемах, что может приводить к неконсервативным оценкам.
В качестве методологической основы предлагается адаптированная математическая модель поврежденной среды, развитая в работах Ю.Г. Коротких и его научной школы. Данная модель, в отличие от классических подходов, учитывает историю нагружения, кинематическое упрочнение и совместное действие механизмов мало- и многоцикловой усталости. Приведены результаты верификации модели на примере конструкционных сталей, демонстрирующие ее высокую точность при описании процессов накопления повреждений в условиях многоосного напряженного состояния.
Разработана и представлена комплексная методика оценки ресурса, интегрирующая конечно-элементный анализ глобальной конструкции плавучего крана и последующий локальный анализ напряженно-деформированного состояния с использованием адаптированной модели. Показано, что предлагаемый подход позволяет перейти от консервативных оценок к прогнозированию, основанному на моделировании реальной истории эксплуатационных нагрузок, и тем самым существенно повысить обоснованность решений по продлению срока службы ответственных инженерных объектов.
The article addresses the pressing issue of increasing the reliability of residual service life assessments for metal structures of floating cranes operating for long periods under significant static and cyclic loads.
The aim of the research is to develop and validate a methodology for estimating the residual service life of floating cranes based on an adapted mathematical model, considering the combined action of low- and high-cycle fatigue mechanisms under complex disproportionate loading.
The research is based on an integrated approach, including: analysis of the design features and operating conditions of floating cranes; A generalization of the fundamental principles of damaged environment mechanics and fatigue failure theories; mathematical modeling of damage accumulation processes using evolutionary equations that take into account kinematic hardening and loading history; finite element modeling of the stress-strain state of metal structures; numerical verification of the model based on experimental data for structural steels; and the development of a two-level methodology integrating global structural analysis and local analysis in hazardous areas. The authors prove the need to account for high-cycle fatigue and transient deformation phenomena, which are not considered in traditional elastic analysis models and can lead to non-conservative estimates.
The authors propose an adapted mathematical model of a damaged environment, developed in the works of Yu.G. Korotkikh and his scientific school as a methodological basis. This model, unlike classical approaches, considers the loading history, kinematic hardening, and the combined action of low- and high-cycle fatigue mechanisms. Moreover, the results of model verification using structural steels are presented, demonstrating its high accuracy in describing damage accumulation processes under multiaxial stress conditions.
The article demonstrates a comprehensive service life assessment methodology, integrating finite element analysis of the global floating crane structure and subsequent local stress-strain analysis using an adapted model. Therefore, the authors show that the proposed approach enables a transition from conservative estimates to predictions based on modeling the actual history of operational loads, thereby significantly improving the validity of decisions on extending the service life of critical engineering structures.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.