Исследование и разработка методов автоматизированного создания металоконструкций контейнеров

- ребра деталей;

- сегменты ломаной;

- сегменты замкнутого контура;

- пространственные кривые;

- плоские кривые;

- ребра тел и поверхностей.

Образующие классифицируются по наличию общих узлов. Общий узел - это точка, принадлежащая нескольким образующим. Образующие, имеющие общие узлы, называются группой образующих. Образующие, не имеющие общих узлов, называются одиночными образующими.

3. Опорные точки:

Деталь металлоконструкции может быть построена по двум точкам, ограничивающим ее длину. Эти точки называются опорными. Через опорные точки библиотекой автоматически строится прямолинейная образующая, которая служит основой создаваемой детали.

Создание металлоконструкций

Чтобы получить доступ к командам построения металлоконструкций, нужно открыть соответствующую группу библиотечных команд или активировать панель инструментов «Построение деталей металлоконструкций», нажав на компактной панели кнопку. На панели инструментов появятся кнопки вызова команд, названия и назначение которых приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 - Построение деталей металлоконструкций

Команда	Назначение
Конструкция по образующим	Построение металлоконструкции на основе прямолинейных образующих.
Профиль по точкам	Построение металлоконструкции по точкам, ограничивающим ее длину.
Профиль по кривой	Построение металлоконструкции на основе криволинейных образующих.
Фасонка	Построение фасонок.
Ребро жесткости	Построение ребер жесткости.
Редактировать	Изменение параметров металлоконструкций и фасонок, созданных средствами Библиотеки.

1. Конструкция по образующим: библиотечная команда «Конструкция по образующим» предназначена для проектирования металлоконструкций на основе прямолинейных образующих. Вызовите библиотечную команду «Конструкция по образующим». На экране появится панель свойств. Она содержит вкладки, названия и назначение которых приведены в таблице 2.2.

Таблица 2.2 - Конструкция по образующим

Вкладка	Назначение
Параметры	Определение параметров металлоконструкции и построение ее модели
Ориентация	Определение положения металлоконструкции в пространстве
Обработка	Выбор способов обработки деталей, входящих в металлоконструкцию
Свойства	Определение свойств металлоконструкции

- Вкладка «Параметры панели свойств» содержит элементы управления, предназначенные для определения параметров металлоконструкции и построения ее модели в соответствии с рисунком 2.4.

Рисунок 2.4 - Определение параметров и построение конструкции

- Ориентация - положение элементов металлоконструкции в пространстве может быть изменено относительно своей первоначальной позиции. Элементы, предназначенные для управления положением металлоконструкции в пространстве, расположены на вкладке «Ориентация». Текущий набор элементов управления на панели свойств зависит выполняемой операции. Полный набор элементов и их назначение приведены в таблице 2.3.

Таблица 2.3 - Определение положения элементов металлоконструкции в пространстве

Команда	Назначение
Выбор точки	Выбор позиционирующей точки.
Обычный профиль	Зеркальное отображение элементов металлоконструкции.
Зеркальный профиль
Угол поворота	Поворот элементов металлоконструкции вокруг образующей на угол произвольной величины.
Плоскость	Управление режимом выбора плоскости.
Под углом к плоскости	Поворот элементов металлоконструкции вокруг образующей на угол, заданный от указанной плоскости.
Параллельно плоскости	Поворот элементов металлоконструкции вокруг образующей до положения, параллельного выбранной плоскости.
Перпендикулярно плоскости	Поворот элементов металлоконструкции вокруг образующей до положения, перпендикулярного выбранной плоскости.
Прямая ориентация	Поворот элементов металлоконструкции вокруг образующей на 180° относительно текущего положения.
Обратная ориентация
На расстояние от образующей	Смещение элементов металлоконструкции вдоль горизонтальной оси поперечного сечения профиля.
На расстояние от образующей	Смещение элементов металлоконструкции вдоль вертикальной оси поперечного сечения профиля.

- Вкладка «Обработка панели свойств» содержит элементы, с помощью которых можно управлять способами обработки различных участков металлоконструкций. Текущий набор элементов управления на панели свойств зависит от выполняемой операции. Полный набор элементов и их назначение приведены в таблице 2.4.

Таблица 2.4 - Определение способов обработки деталей

Команда	Назначение
Угловая разделка	Выполнение угловой разделки элементов металлоконструкции.
Стыковая разделка 1	Выполнение стыковой разделки элементов металлоконструкции.
Стыковая разделка 2
Без разделки	Построение элементов металлоконструкции без разделки.
Разными деталями	Деление прямолинейных участков металлоконструкции на детали.
Деталями заданной максимальной длины	Деление прямолинейных участков металлоконструкции на детали заданной длины.
Одной деталью	Объединение прямолинейных участков металлоконструкции.
Симметричный отступ	Построение симметричных отступов от узлов образующих.
Несимметричный отступ	Построение несимметричных отступов от узлов образующих.
Попарно разностороннее расположение	Построение несимметричных отступов относительно четных и нечетных общих узлов образующих.
Попарно одностороннее расположение	Построение несимметричных отступов относительно каждых четных и нечетных узлов образующих.
Без отступа	Построение элементов металлоконструкции без отступов.

2. Профиль по точкам: библиотечная команда «Профиль по точкам»

предназначена для построения деталей из профиля металлопроката по двум точкам, ограничивающих длину деталей - опорным точкам. Вызовите библиотечную команду «Профиль по точкам». На экране появится панель свойств. Она содержит вкладки, названия и назначение которых приведены в таблице 2.5.

Таблица 2.5 - Построение металлоконструкции по точкам

Вкладка	Назначение
Параметры	Определение параметров металлоконструкции.
Ориентация	Определение положения металлоконструкции в пространстве.
Свойства	Определение свойств металлоконструкции.

3. Построение по кривой: библиотечная команда «Профиль по кривой» предназначена для проектирования металлоконструкций на основе криволинейных образующих.

4. Фасонка: библиотечная команда «Фасонка» предназначена для точного построения фасонок - деталей, соединяющих несколько деталей одной или нескольких металлоконструкций, построенных с помощью команд «Конструкция по образующим» и «Профиль по точкам». Средствами библиотеки Металлоконструкции 3D могут быть созданы прямоугольные, N-угольные фасонки, а также фасонки произвольной формы. Вызовите команду «Фасонка». На экране появится панель свойств. Она содержит вкладки, названия и назначение которых приведены в таблице 2.6.

Таблица 2.6 - Построение фасонок

Вкладка	Назначение
Параметры	Определение параметров фасонки и построение ее модели.
Свойства	Определение свойств фасонки.

- Элементы управления, предназначенные для определения параметров и построения фасонок, расположены на вкладке «Параметры». Набор элементов управления на панели свойств зависит от типа проектируемой фасонки. Полный набор элементов и их назначение приведен в таблице 2.7.

металоконструкция контейнер фасонка

Таблица 2.7 - Набор элементов для построения фасонок

Команда	Назначение
Копировать свойства и параметры	Копирование свойств и параметров фасонок, созданных ранее.
N-угольная фасонка	Выбор типа проектируемой фасонки.
Прямоугольная фасонка
Пользовательский эскиз фасонки
Плоскость фасонки	Управление режимом выбора плоскости для построения эскиза фасонки.
Опорные детали	Управление режимом выбора деталей, соединяемых фасонкой.
Эскиз фасонки	Выбор эскиза для построения фасонки произвольной формы.
Выбор экземпляра сортамента	Выбор экземпляра сортамента для построения фасонки из Корпоративного справочника Материалы и Сортаменты (библиотеки Материалы и Сортаменты).
Прямое направление	Изменение направления построения фасонки относительно плоскости эскиза.
Обратное направление
Изменить параметры эскиза	Редактирование параметров эскиза проектируемой фасонки.
Редактировать эскиз	Редактирование эскиза фасонки средствами КОМПАС-3D.
Изменить положение (шаг вперед)	Перебор возможных вариантов положения и размеров прямоугольной фасонки.

5. Библиотечная команда «Ребро жесткости» предназначена для построения ребер жесткости на гранях деталей металлоконструкций, построенных с помощью команд «Конструкция по образующим» и «Профиль по точкам». При помощи библиотеки Металлоконструкции 3D могут быть созданы многоугольные, треугольные ребра жесткости, а также ребра жесткости произвольной формы. Вызовите команду «Ребро жесткости», на экране появится панель свойств. Она содержит вкладки, названия и назначение которых приведены в таблице 2.8.

Таблица 2.8 - Ребро жесткости

Вкладка	Назначение
Параметры	Определение параметров ребра жесткости и построение его модели.
Свойства	Определение свойств ребра жесткости.

- Элементы управления, предназначенные для определения параметров и построения ребер жесткости, расположены на вкладке «Параметры». Набор элементов управления на панели свойств зависит от типа проектируемого ребра. Полный набор элементов и их назначение приведены в таблице 2.9.

Таблица 2.9 - Определение параметров и построение ребер жесткости

Название команды	Назначение
Копировать свойства и параметры	Копирование свойств и параметров ребер жесткости, созданных ранее.
Многоугольное ребро	Выбор типа проектируемого ребра жесткости.
Треугольное ребро
Пользовательский эскиз ребра
Выбор экземпляра сортамента	Выбор экземпляра сортамента для построения ребра жесткости из Корпоративного справочника Материалы и Сортаменты (библиотеки Материалы и Сортаменты).
Средняя плоскость	Изменение направления построения ребра жесткости относительно плоскости эскиза.
Прямое направление
Обратное направление
Изменить параметры эскиза	Редактирование параметров эскиза проектируемого ребра жесткости.
Редактировать эскиз	Редактирование эскиза ребра жесткости средствами КОМПАС-3D.
Сдвинуть в обратном направлении	Перебор возможных вариантов положения и размеров многоугольного или треугольного ребра жесткости в зависимости от геометрических параметров и взаимного положения выбранных граней.
Расположить по центру
Сдвинуть в прямом направлении

Чтобы зафиксировать результат выполнения библиотечной команды «Ребро жесткости», нажмите кнопку «Создать объект».

Обработка деталей металлоконструкций

Чтобы получить доступ к командам выбора способов обработки деталей металлоконструкций, раскройте соответствующую группу библиотечных команд или активируйте панель инструментов «Обработка деталей металлоконструкций», нажав на компактной панели кнопку . Панель инструментов содержит кнопки вызова команд, название и назначение которых приведены в таблице 2.10.

Таблица 2.10 - Обработка деталей металлоконструкций

Команда	Назначение
Изменить длину	Изменение длины деталей металлоконструкций.
Отсечь/Удлинить по плоскости	Изменение длины деталей металлоконструкций путем их отсечения или удлинения до одной или нескольких плоскостей.
Угловая разделка	Угловая разделка торцов деталей, принадлежащих одной или нескольким металлоконструкциям.
Стыковая разделка	Стыковая разделка торцов деталей, принадлежащих одной или нескольким металлоконструкциям.

1. Библиотечная команда «Изменить длину» предназначена для изменения длины деталей металлоконструкций относительно узлов образующих путем построения отступов. Отступы могут быть:

- симметричными, т.е. одинаковыми с обеих сторон от узлов образующей;

- несимметричными, т.е. неодинаковыми.

2. Библиотечная команда «Отсечь/Удлинить» по плоскости предназначена для изменения длины деталей, принадлежащих одной или нескольким металлоконструкциям. Границами для изменения длины деталей могут служить одна или несколько плоскостей. Прежде чем произойдет перестроение, библиотекой будет произведен анализ положения середин деталей относительно указанных плоскостей. В зависимости от результатов анализа и выбранного варианта перестроения будет зависеть итог выполнения команды.

3. Библиотечная команда «Угловая разделка» предназначена для выполнения угловой разделки торцов деталей, принадлежащих одной или нескольким металлоконструкциям. Угловая разделка может быть выполнена:

- без отступов от точки пересечения образующих;

- с симметричным отступом от точки пересечения образующих;

- с несимметричным отступом от точки пересечения образующих.

4. Библиотечная команда «Стыковая разделка» предназначена для выполнения стыковой разделки торцов деталей, принадлежащих одной или нескольким металлоконструкциям. При построении стыковой разделки одна деталь будет формообразующей, а остальные - редактируемыми. Чтобы выполнить стыковую разделку, нужно выполнить следующие действия:

- Нажмите на панели свойств кнопку «Стыковая разделка». На панели появятся дополнительные кнопки, предназначенные для вызова команд, названия и назначение которых приведены в таблице 2.11.

Таблица 2.11 - Стыковая разделка торцов деталей

Команда	Назначение
Редактируемые детали	Управление режимом выбора редактируемых деталей.
Формообразующая деталь	Управление режимом выбора формообразующей детали.
Автоматический выбор результата	Управление режимом выбора отсекаемых частей.
Визуальный выбор результата

Если кнопка нажата (подсвечена) - режим включен, если кнопка отжата (не подсвечена) - режим выключен.

1. Выберите детали, подлежащие редактированию. Для этого включите режим выбора редактируемых деталей и укажите детали в документе КОМПАС-3D. Обозначения деталей появятся в списке, находящемся на панели редактируемые детали. Чтобы удалить деталь из списка, укажите строку с обозначением детали и нажмите кнопку «Исключить из списка».

2. Выберите формообразующую деталь. Для этого включите режим

выбора формообразующей детали и укажите деталь в документе КОМПАС-3D. Обозначение формообразующей детали появится в поле «Формообразующая деталь».

3. Выберите режим выбора отсекаемых частей. Для этого нажмите одну из кнопок: «Автоматический выбор результата» или «Визуальный выбор результата». По умолчанию включен режим автоматического выбора.

4. Чтобы зафиксировать результат выполнения команды «Стыковая

разделка», нажмите кнопку «Создать объект».

Методика создания металлоконструкции каркаса контейнера

Рассмотрим пошаговую разработку каркаса блок - контейнера с помощью металлоконструкций:

1. В документе сборка в плоскости XY создаем параметризованный

эскиз каркаса панели основания, длину задаем через переменную l, ширину через переменную l11; так как расстояние между крайними поперечинами одинаковое, поэтому его задаем как l1=l2, между остальными поперечинами от l3 до l10. Эскиз каркаса панели основания представлен на рисунке 2.5.

Рисунок 2.5 - Параметризованный эскиз каркаса панели основания

2. Заходим в библиотеку Металлоконструкции 3D, выбираем команду

«Конструкция по образующим», выбираем нужный сортамент: для боковин - «Профиль балки основания», для поперечин - «Корытный профиль». Выбор сортамента представлен на рисунке 2.6.

Рисунок 2.6 - Выбор сортамента

3. В библиотеке Металлоконструкции 3D активируем панель «Обработка деталей металлоконструкций». Выбираем команду «Изменить длину» - несимметричный отступ, задаем необходимый отступ, а на свободное место вставляем готовые фитинги и делаем сопряжения с балками основания в соответствии с рисунком 2.7.

Рисунок 2.7 - Вставка фитингов

4. Выбираем другие плоскости и строим эскизы боковых стен, в которых высоту задаем через переменную m, длину через переменную l, ширину через переменную l11. Пример одного из эскизов представлен на рисунке 2.8.

Рисунок 2.8 - Пример эскиза боковой стены

5. Заходим в библиотеку Металлоконструкции 3D, выбираем команду

«Конструкция по образующим», выбираем сортамент - Уголок неравнополочный в соответствии с рисунком 2.9.

Рисунок 2.9 - Выбор сортамента

6. Для построения каркаса панели покрытия проделаем тоже самое, что указано в пунктах 2 (кроме поперечин) и 3, а также сделаем сопряжения угловых стоек с фитингами панели покрытия и получим каркас блок - контейнера в соответствии с рисунком 2.10.

Рисунок 2.10 - Каркас блок - контейнера

Полученный каркас имеет размеры: длина l=6058 мм, ширина l11=2438 мм, высота m=2100 мм. Если в команде Переменные прописать длину l=7000 мм, ширину l11=3500 мм, высоту m=3000 мм и нажать Перестроить модель, то каркас перестроится не развалившись. Каркас блок - контейнера после изменения параметров представлен на рисунке 2.11.

Рисунок 2.11 - Каркас блок - контейнера после изменения параметров

Возможности современных систем автоматизированного проектирования металлоконструкций позволяют выполнять все необходимые конструкторские работы, такие как: определение параметров металлоконструкции и выбор сортамента, определение положения элементов металлоконструкции в пространстве, выбор способов обработки деталей, отсечение или удлинение деталей, выполнение требуемой разделки торцов деталей, построение отступов торцов деталей, автоматическое создание спецификаций, ассоциативно связанных с моделями чертежей. Предложенная методика позволяет обеспечивать оперативную модификацию изделий, в которых используются металлоконструкции, с малыми затратами создавать параметрические библиотеки металлоконструкций и, как показали проведенные исследования и разработки, значительно сократить (иногда в десятки раз) трудоемкость автоматизированного проектирования.

3. ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ ИНЖЕНЕРНОГО АНАЛИЗА МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ КОНТЕЙНЕРОВ

Основанием для расчета является необходимость определения напряжений и деформаций элементов конструкции каркаса при рабочих нагрузках в процессе эксплуатации и в процессе подъема конструкции при ее транспортировании.

Целью и назначением расчета является нахождение рациональных параметров элементов каркаса, обеспечивающих допустимые прочностные характеристики и деформации элементов каркаса. Для достижения поставленной цели необходимо было решить задачи определения распределения напряжений и деформаций в металлических элементах каркаса при рабочих нагрузках и при подъеме каркаса в процессе транспортных операций.

Выполнены несколько вариантов расчета напряженно-деформированного состояния каркаса изделия при основном сочетании нагрузок, возникающих в процессе эксплуатации, а также расчет напряженно-деформированного состояния каркаса изделия при подъеме каркаса при осуществлении транспортных операций, что позволило определить рациональные схему и параметры каркаса.

Расчет проводился с помощью модуля APM Structure3D программного продукта «CAD/CAE Система автоматизированного расчета и проектирования конструкций» разработки НТЦ АПМ, имеющего сертификат соответствия № РОСС RU.СП 15.Н00086 требованиям следующих нормативных документов:

СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия;

СНиП II-7-81 Строительство в сейсмических районах;

СНиП II-23-81 Стальные конструкции;

СП 50-101-2004 Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений.

3.1 Разработка расчетной модели изделия «Каркас»

Модель конструкции каркаса создана в соответствии с чертежами и включает в свой состав рамную конструкцию, состоящую из профилей, предложенных заказчиком, и стальных пластин на основании и крыше, а также объемное основание, моделирующее бетонную стяжку под рамой каркаса [12]. На рисунке 3.1 показана полученная трехмерная модель изделия, а на рисунке 3.2 - модель с основанием

а)

б)

Рисунок 3.1 - Модель каркаса:

а)- модель в виде профилей; б)- модель с пластинами

Рисунок 3.2 - Модель каркаса с основанием

Профили сечений приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1 Профили сечений

Наименование профиля	Параметры сечения
Профиль каркаса нижний
Профиль каркаса верхний
Профиль стойки вертикальной
U-образный профиль крыши
Профиль лаги верхней
Профиль лаги нижней

Схема распределения сечений в каркасе приведена на рисунке 3.3.

Рассмотрены следующие варианты параметров профилей сечений каркаса:

- толщина всех сечений профилей 3мм, материал конструкционная сталь обыкновенного качества Ст 3, имеющая механические свойства:

- предел текучести 235 МПа;

- модуль Юнга 200000 МПа;

- коэффициент Пуассона 0.3;

- плотность 7 800 кг/м3;

- толщина профиля по периметру нижнего основания и стоек 4мм, остальных сечений 3мм, материал нержавеющая сталь 08Х18Н10, имеющая механические свойства:

- предел текучести 205 МПа;

- модуль Юнга 210000 МПа;

- коэффициент Пуассона 0.3;

- плотность 7 800 кг/м3.

Рисунок 3.3 - Распределение поперечных сечений элементов конструкции

3.2 Нагрузки, приложенные к конструкции

Рассмотрены 2 режима нагрузок, действующих на конструкцию изделия.

Первый режим соответствует нагрузкам, действующим на конструкцию в процессе эксплуатации изделия с учетом массы оборудования и массы воды в емкости, расположенной в каркасе, а также снеговой и ветровой нагрузки.

Второй режим соответствует нагрузкам, действующим при подъеме изделия при его транспортировке с учетом массы емкости, расположенной в каркасе.

В режиме эксплуатации изделия на конструкцию действуют следующие основные нагрузки:

1.Собственный вес каркаса +10% (на фасонки, платики, сварные швы и т.д.);

2. Собственный вес обшивки на стенах и крыше (SIP-панели) - 25 кг/м.п.

3. Распределенная нагрузка от установленного внутри изделия оборудования и очищаемой воды, составляющая 19650 кг.

4. Возможная снеговая нагрузка - 3кПа.

Для анализа принимается вариант, когда все вышеперечисленные нагрузки действуют одновременно. Схема нагрузок, действующих на конструкцию при эксплуатации приведена на рисунке 3.4.

Рисунок 3.4 - Схема нагрузок, действующих на конструкцию при эксплуатации

Для определения взаимодействия конструкции и бетонного основания создана модель фундамента на рисунке 3.5, обеспечивающая закрепление основания изделия.

Рисунок 3.5 - Модель основания

Для ограничения перемещения по горизонтальным осям X и Y установлены опоры по внешнему периметру. Соответственно по длине конструкции ограничения на перемещение по оси X, по торцам - запрет перемещения по Y.

По результатам статического расчета металлоконструкции определяются напряжения в элементах конструкции и их деформации, позволяющие установить рациональные параметры конструкции каркаса изделия.

В режиме подъема на конструкцию изделия действуют следующие нагрузки:

1. Собственный вес каркаса +10% (на фасонки, платики, сварные швы и т.д.);

2. Собственный вес обшивки на стенах и крыше (SIP панели) - 25 кг/м.п.;

3. Вес емкости для воды, составляющий 1650 кг;

4. Возможная снеговая нагрузка - 3 кПа.

Для анализа принимается вариант, когда все вышеперечисленные нагрузки действуют одновременно.

Подъем осуществляется за 4 точки по углам каркаса вверху. Для уравновешивания модели (так как оборудование размещено со смещением) принят вариант подъема конструкции с балансирными стропами.

Расчетная схема конструкции при подъеме показана на рисунке 3.6.

Рисунок 3.6 - Расчетная схема конструкции при подъеме

По результатам статического расчета изделия при подъеме в процессе его транспортирования и установки определяются напряжения в элементах конструкции и их деформации, позволяющие установить возможность разрушения всей конструкции или ее элементов в процессе подъема [14].

3.3 Расчет напряженно-деформированного состояния конструкции

Проведение статического расчета выполняется в модуле расчета напряженно-деформированного состояния, устойчивости, собственных и вынужденных колебаний деталей и конструкций с использованием метода конечных элементов APM Structure3D (сертификат соответствия программной продукции в строительстве № РОСС RU.СП15.Н00086) [13].

На рисунках 3.7-3.13 показаны результаты расчета элементов конструкции при эксплуатации изделия в рабочем режиме при использовании всех профилей толщиной 3мм, выполненных из конструкционной стали обыкновенного качества Ст 3 (первоначальная конструкция изделия, предложенная заказчиком).

Рисунок 3.7 - Картина распределения напряжений в конструкции (представление в виде стержней)

Рисунок 3.8 - Картина распределения напряжений в вертикальной стойке (представление в виде стержней)

Рисунок 3.9 - Картина распределения напряжений в конструкции (представление в виде профилей)

Рисунок 3.10- Картина распределения напряжений в вертикальной стойке, (представление в виде профилей)

Рисунок 3.11 - Картина распределения напряжений в сечении профиля верхнего в средней точке балки

Рисунок 3.12- Картина распределения напряжений в сечении профиля вертикальной стойки в верхней точке балки



Рисунок 3.13 - Картина деформаций конструкции под действием приложенных нагрузок

Таким образом, расчеты показали, что максимальные напряжения составили 357 МПа, а максимальный прогиб - 33,73 мм, что является недопустимым. Поэтому предложено увеличить толщину профилей и выполнить их из нержавеющей стали 08Х18Н10.

На рисунках 3.14-3.20 показаны результаты расчета элементов конструкции при эксплуатации изделия в рабочем режиме с толщиной профиля нижнего, лага нижнего и стойки вертикальной 4мм, а всех остальных профилей (расположенных на крыше) с толщиной 3мм.

Рисунок 3.14 - Картина распределения напряжений в конструкции (представление в виде стержней)



Рисунок 3.15 - Картина распределения напряжений в вертикальной стойке (представление в виде стержней)

Рисунок 3.16 - Картина распределения напряжений в конструкции (представление в виде профилей)

Рисунок 3.17 - Картина распределения напряжений в вертикальной стойке (представление в виде профилей)



Рисунок 3.18 - Картина распределения напряжений в сечении профиля верхнего в средней точке балки

Рисунок 3.19 - Картина распределения напряжений в сечении профиля вертикальной стойки в верхней точке балки

Рисунок 3.20 - Картина деформаций конструкции под действием приложенных нагрузок

Максимальные напряжения составили 297 МПа, максимальный прогиб 31,48 мм, что недопустимо.

Причиной этого является большая величина пролета верхних профилей каркаса. Поэтому предложено установить в середине пролета 2 стойки из швеллера 150*55мм толщиной 4мм.

На рисунках 3.21-3.28 показаны результаты расчета элементов конструкции при эксплуатации изделия в рабочем режиме с толщиной профиля нижнего, лага нижнего и стойки вертикальной 4мм, 2-х стоек вертикальных из швеллера 150*55*4мм, всех остальных профилей толщиной 3 мм.

Рисунок 3.21 - Картина распределения напряжений в конструкции с двумя центральными стойками (швеллер 150х55х4) (представление в виде стержней)

Рисунок 3.22 - Картина распределения напряжений в конструкции с двумя центральными стойками (швеллер 150х55х4) (представление в виде профилей)



Рисунок 3.23 - Картина распределения напряжений в центральной части (участок с центральными стойками) (представление в виде профилей)

Рисунок 3.24 - Картина распределения напряжений в центральной части (участок с центральными стойками) вид снизу (представление в виде профилей)

Рисунок 3.25 - Картина распределения напряжений в угловой вертикальной стойке (представление в виде профилей)



Рисунок 3.26 - Картина распределения напряжений в сечении профиля верхнего в средней точке балки

Рисунок 3.27 - Картина распределения напряжений в сечении профиля вертикальной стойки в верхней точке балки

Рисунок 3.28 - Картина деформаций конструкции под действием приложенных нагрузок

Расчеты показали, что максимальные напряжения в элементах конструкции составили 54,44 МПа, а максимальный прогиб - 2,25 мм, что допустимо для заданного материала каркаса.

Таким образом, этот вариант каркаса является приемлемым для заданных условий.

Следующей задачей является проверка найденного варианта конструкции изделия при его подъеме для погрузки-выгрузки в процессе транспортирования и установки изделия.

На рисунках 3.29-3.32 показаны результаты расчета элементов такой конструкции при подъеме.

Рисунок 3.29 - Модель подъема без стяжек, с 2-мя центральными стойками

Рисунок 3.30 - Картина распределения напряжений в конструкции с двумя центральными стойками (швеллер 150х55х4) (представление в виде стержней)

Рисунок 3.31 - Картина распределения напряжений в конструкции с двумя центральными стойками (швеллер 150х55х4) (представление в виде профилей)

Рисунок 3.32 - Картина деформаций (представление в виде стержней)

В результате расчета максимальные напряжения составили 175.5 МПа (коэффициент запаса прочности составил 1.17, что является недостаточным), а максимальный прогиб составил 15.81 мм, что недопустимо.

Поэтому рассмотрены варианты конструкции со стяжками, которые могут быть установлены только в процессе подъема и установки изделия. Результаты расчетов представлены на рисунках 3.33-3.44.



Рисунок 3.33 - Модель подъема с 2-мя стяжками и с 2-мя центральными стойками

Рисунок 3.34 - Картина распределения напряжений в конструкции с двумя центральными стойками и стяжками (представление в виде стержней)

Рисунок 3.35 - Картина распределения напряжений в конструкции с двумя центральными стойками и стяжками (представление в виде профилей)



Рисунок 3.36 - Картина перемещений (прогиб), представление в виде стержней

Расчет позволил определить максимальные напряжения, которые составили 147,7 МПа и максимальный прогиб 14,13 мм, что позволяет установить, что такая схема установки стяжек практически не изменяет максимальные напряжения и деформации.

Поэтому рассмотрена схема с количеством стяжек, равном 4.

Рисунок 3.37 - Модель подъема с 4-мя стяжками и с 2-мя центральными стойками



Рисунок 3.38 - Картина распределения напряжений в конструкции с двумя центральными стойками и 4 стяжками (представление в виде стержней)

Рисунок 3.39 - Картина распределения напряжений в конструкции с двумя центральными стойками и 4 стяжками (представление в виде профилей)



Рисунок 3.40 - Картина перемещений (прогиб), представление в виде стержней

Расчет позволил установить максимальные напряжения, которые составили 100,7 МПа и максимальный прогиб - 6,25 мм, что является допустимым.

Кроме того, произведен расчет варианта конструкции с двумя диагонально расположенными стяжками, результаты которого приведены на рисунках 3.41-3.44.

Рисунок 3.41 - Модель подъема с 2-мя диагональными стяжками и с 2-мя центральными стойками



Рисунок 3.42 - Картина распределения напряжений в конструкции с двумя центральными стойками и 2 диагональными стяжками (представление в виде стержней)

Рисунок 3.43 - Картина распределения напряжений в конструкции с двумя центральными стойками и 2 диагональными стяжками (представление в виде профилей)

Рисунок 3.44 - Картина деформаций (представление в виде стержней)

Для этого варианта максимальные напряжения составили 118,7 МПа, а максимальный прогиб - 7,7 мм, что является допустимым.

На основе выполненных расчетов установлено, что для заданных условий наиболее рациональным вариантом конструкции каркаса изделия является конструкция, выполненная из нержавеющей стали 08Х18Н10 с толщиной профиля нижнего, лага нижнего и стойки вертикальной 4мм, а всех остальных профилей (расположенных на крыше) с толщиной 3мм, с двумя вертикальными стойками из швеллера 150*55*4мм, установленными посредине, и двумя диагонально расположенными стяжками [15].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе диссертационного исследования были выполнены следующие работы:

- проведён анализ методов и систем автоматизированного проектирования металлоконструкций, проанализированы этапы проектирования металлоконструкций;

- разработана методика создания металлоконструкции изготовления контейнера

- выполнен инженерный анализ созданной металлоконструкции, разработана расчетная модель каркаса контейнера, проведен расчет напряженно-деформированного состояния конструкции;

- проведен сравнительный анализ методов автоматизированного проектирования металлоконструкций.

По результатам анализа выявлены достоинства и недостатки систем автоматизированного проектирования металлоконструкций.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Методические рекомендации по оформлению выпускных квалификационных работ, курсовых проектов, работ для студентов очной, очно-заочной (вечерней) и заочной форм обучения / сост. Тритенко А.Н., Сафонова О.В. - Вологда: ВоГУ, 2016. - 79 с.

Корчак, С.Н. Системы автоматизированного проектирования технологических процессов, приспособлений и режущих инструментов / С.Н. Корчак. - М.: Машиностроение, 1988. - 352 с.

Уткин, Н.Ф. Приспособления для механической обработки / Н.Ф. Уткин. М.: Машиностроение, 1983. - 175 с.

Боброва, И.В. Автоматизированные системы ТПП / И.В. Боброва. М.: Машиностроение, 1985. - 137 с.

Соколов, Е.В. Выбор оптимальных: объемов технологической оснастки / Е.В. Соколов. - М.: Машиностроение, 1985. - 166 с.

Аверченков В.И. САПР технологических процессов, приспособлений, режущих инструментов / В.И. Аверченков, И.А. Каштальян, А.П. Пахутик. - Мн.: Высшая школа, 1994. - 120 с.

Махаринский Е.И. Основы технологии машиностроения / Е.И. Махаринский, В.А. Горохов. - Мн.: Вышэйшая школа, 1997 - 424 с.

Капустин Н.М. Автоматизация конструирования и технологического проектирования / Н.М. Капустин, Г.Н. Васильев. - М. Вышэйшая школа, 1986. - 248 с.

Кузнецов, Ю.И. Конструкции приспособлений для станков с ЧПУ / Ю.И. Кузнецов. - М.: Вышэйшая школа, 1988. - 303 с.

Римский, Г.В. Теория САПР. Принцип построения и структура. / Г.В. Римский. - Мн.: Высшая школа, 1997. - 631 с.

Строительные нормы и правила: СНиП II-7-81. Строительство в сейсмических районах. - Введ. 01.01.82. - М.:Стройиздат, 2000. - 27 с.

Строительные нормы и правила : СниП 2.02.01-83. Основания зданий и сооружений. - Введ. 01.01.85. - М.: Стройиздат, 1985. - 40 с.

Трофимов, В.И. Легкие металлические конструкции зданий и сооружений (разработка конструкций, исследования, расчет, изготовление, монтаж): учебное пособие для вузов / В.И. Трофимов, А.М. Каминский. - М.: АСВ, 2002. - 575 с.

Бирбраер, А.Н. Расчет конструкций на сейсмостойкость / А.Н. Бирбраер. - СПб.: Наука, 1998. - 225 с.

Немчинов, Ю.И. Расчет пространственных конструкций (метод конечных элементов) / Ю.И. Немчинов. - К.: Будивельник, 1980. - 232с.

Расчет экономической эффективности в дипломных и курсовых проектов: Учебное пособие для вузов / под ред. Н. Н. Фонталина. -- Минск: Высшая школа, 1984 -- 126 с.

Шичков, А.Н. Менеджмент в промышленном производстве региона: Учебн. пособие / А. Н. Шичков. - Вологда: ВоГТУ, 2001. - 104 с.

«САПР и Графика» [Электронный ресурс]: электронная версия журнала -2007. - №9 - Режим доступа: http://www.sapr.ru/

Руководство пользователя Graitec Advance Steel 2011 - 2011. - 166 с.

Stroud, I. Solid Modelling CAD Systems/I. Stroud. -- London: Springer, 2011. -- 689 с.

Размещено на Allbest.ru