Моделско испитивање чврстоће структура сложене просторне геометрије

Abstract

Могућности испитивања реалних конструкција често су ограничене, посебно уколико се ради о великим конструкцијама. Једно од решења је прављење умањеног модела са циљем да се предвиди понашање реалне конструкције, на основу понашања модела, довољне тачности. Испитивање на моделу уместо на стварној конструкцији у већини случајева резултира великом уштедом новца и времена. Осим тога, експериментални подаци добијени за једну структуру могу се искористити за предвиђање понашања групе сличних структура, односно, савремено пројектовање захтева универзалност у приступу. Циљ овог рада је да се покаже да је могуће моделско испитивање сложених структура са аспекта чврстоће конструкција, односно да се на основу напонског и деформационог стања модела предвиди напонско и деформационо стање реалне конструкције. Као испитна (огледна) конструкција усвојена је конструкција доње градње (постоља), обртне платформе и доњег дела стубова роторног багера SchRs 630, јер је за функционисање овако сложене машине од круцијалног значаја познавати напонско стање њене носеће конструкције. Дакле, полазна хипотеза ове дисертације подразумевала је, да је конструкције сложене просторне геометрије, које се састоје доминантно од плоча као конструктивних елемената, могуће испитивати моделски. Са циљем доказивања ове претпоставке, прво су урађени нумерички прорачуни, применом Методе коначних елемената, једне стварне конструкције и њеног умањеног модела. Умањеном структуром названа је структура која је од стварне структуре мања 10 пута по димензијама и по дебљинама конструктивних елемената. Умањена структура је у односу на стварну структуру оптерећена 100 пута мањим оптерећењем (у складу са поставкама Теорије сличности). У оквиру статичког прорачуна, спроведена је анализа пресликавања напона по групама градње предметне конструкције и формулисани су коефицијенти пресликавања за сваку од њих. Генерално говорећи, закључено је да је веза напона умањене структуре и стварне структуре линеарна...

The possibilities of testing real constructions are often limited, especially in case of large constructions. One of the solutions is to create a sub-scaled model in order to anticipate the behavior of the real construction, regarding the behavior of the model, with sufficient accuracy. In most cases, testing on the model instead of the actual construction results in a great saving of money and time. Beside that, the experimental data which are obtained for one structure can be used further to predict the behavior of a group of similar structures, that is, modern design requires the universality in approach. The aim of this dissertation is to demonstrate that model testing of the complex structures is possible, from the aspect of the strength of the constructions, i.e. it is possible to predict the stresses and deformations of the real structure regarding the stresses and deformations of the model. As a test example, the construction of the substructure, the slewing platform and the lower part of the pylons of the bucket wheel excavator SchRs 630 is taken, because strength of supporting structure has a crucial importance for proper functioning of these machines. Thus, the starting hypothesis of this dissertation implied that, the constructions of complex spatial geometry, consisting mostly of plates as constructive elements, can be subjected to model testing. In order to prove this assumption, firstly, numerical calculations of a real construction and its sub-scaled model were performed using the Finite Element Method. Sub-scaled structure is 10 times scaled real structure (in size and plates thickness). Sub-scaled structure is loaded with load 100 times lower than the real structure (according to similarity method). Within the static calculation, the analysis of the stress mapping from sub-scaled model to real structure was carried out, by partial groups of construction. The coefficients connecting stresses of sub-scaled model and stresses of real construction were formulated, by partial groups of construction. Generally speaking, it was concluded that the functional dependence between the stress of the sub-scaled structure and the stress of the real structure is linear. The dominant membrane strain of the structure was diagnosed and it results in the coefficient of mapping the stresses of the sub-scaled structure to the stresses of the real structure close to 1. In the identified stress concentration zones, in which the predominant shear membrane stress is present...