17

6. Zastosowanie

metod eksperymentalnych i numerycznych w zmęczeniowych badaniach ustrojów kratowych

6.1. Wprowadzenie

Eksperymentalne badania ustrojów kratowych prowadzono już w latach 50. XX w. Przedmiotem badań były płaskie spawane kratownice wykonane z rur, kształtowników walcowanych oraz profilów giętych.

Tabela 6.1

Oznacza strefę pęknięcia zmęczeniowego

Lp.	Badany układ	Rok	Rodzaj połączenia
7	Inst. Spawał. Gliwice s&a	1958	W drj-.ib
8	Inst, Spawał, Gliwice	1958	i_-j X
9	Inst, Spawał. Gliwice	1955	(----------|t-J
10	ZIS	1959	X
11	ZIS	195E	■ ^3

Celem tych badań było określenie wytrzymałości zmęczeniowej kratownic w zależności od rodzaju zastosowanego połączenia i przyjętego profilu. W tabeli 6.1 przedstawiono ilustrację wyników opublikowanych badań, według W. Badera [63],

Publikowane prace stanowią z natury rzeczy podsumowanie stanowiskowych badań prowadzonych w przemysłowych i naukowych ośrodkach badawczych, których celem jest realizacja określonego problemu przemysłowego. Dokładne wyniki badań zawarte w szczegółowych sprawozdaniach, głównie zagranicznych, są mało dostępne [64]. Wyniki badań dotyczyły zwłaszcza jednego typu konstrukcji celem określenia trwałości zmęczeniowej dla określonego materiału, typu połączenia, rodzaju karbu czy sposobu obciążenia, np. [65-67].

Interesujące były badania przeprowadzone w Instytucie Spawalnictwa w Gliwicach [68, 69]. Przedmiotem badań były kratownice spawane płaskie, przedstawione na rysunku 6.1. Celem badań było określenie przydatności profili giętych w zastosowaniu do ustrojów nośnych dźwignic. Elementy kratownic wykonano ze stali gatunku St3S, spoiny wykonano elektrodami o średnicy 2,5 mm. Celem określenia wytrzymałości zmęczeniowej przyjęto metodę Freudenthala [70]. Jedną serię kratownic zbadano przy naprężeniach, które spowodowały pęknięcie po ok. 10⁵ zmian obciążenia. Drugą serię zbadano przy naprężeniach mniejszych, dobranych tak, aby pęknięcia wystąpiły po ok. 10⁶ zmian obciążenia. Badania przeprowadzono dla współczynnika asymetrii cyklu r = 0,5. Dla każdej serii określono średnią geometryczną ilości zmian obciążenia N_śn co pozwoliło na uzyskanie dwóch punktów na krzywej Wóhlera. W celu wyznaczenia każdego punktu krzywej przyjęto wyniki badań dla trzech identycznych kratownic typu (A) i (Q.

Badane konstrukcje charakteryzowały się identycznymi sztywnościami giętnymi prętów pasa dolnego oraz zróżnicowanymi sztywnościami giętnymi krzyżulców i prętów pasa górnego. Otóż okazało się, że w przypadku kratownic typu^ł pęknięcie wystąpiło w przypodporowych prętach pasa dolnego. W tym przypadku stosunek sztywności giętnej krzyżulca do pręta pasa dolnego wynosi 0,4635 przy ilorazie naprężenia średniego w krzyżulcu do naprężenia w pręcie pasa dolnego wynoszącym 0,72. Natomiast w odniesieniu do kratownic typu C (poza jedną kratą nr 1), pęknięcie wystąpiło w przypodporowych prętach krzyżulcowych, dla których stosunek sztywności giętnych wynosi 0,2391 przy ilorazie wartości naprężeń średnich wynoszącym 0,87 (dla tego samego rodzaju karbu). Dwukrotny wzrost sztywności giętnej prętów krzyżulcowych spowodował przeniesienie pęknięcia zmęczeniowego z prętów krzyżulcowych na pręty pasa dolnego.

Rezultaty badań jednoznacznie wykazały, że na lokalizację najbardziej wytężonych prętów konstrukcji kratownicowych znaczący wpływ miała interakcja sztywności węzłów badanych konstrukcji kratownicowych.

95