Расчеты металлоконструкций на ударные нагрузки в пластической стадии

[БахАлександр]

Приветствую уважаемых форумчан и приношу извинения за то, что в силу своей невнимательности, возможно, повторяю уже существующую тему!
Дело в том, что мне задали спроектировать, а самое главное рассчитать уже существующие клети для безопасной накачки пневмоколес.
Эти клети должны уберегать рабочих от увечий во время взрыва перекаченных колес.
Энергию взрыва и скорость разлета осколков я рассчитал, имею представление и могу рассчитать упруго деформируемую конструкцию клети, в таком случае она получается очень массивной, что заставляет задуматься о целесообразности конструирования одноразовых клетей (рассчитанных на один взрыв колеса, благо, что это случается очень редко), т.е. деформируемых пластически, а как рассчитать пластически деформируемую металлоконструкцию от ударных нагрузок ума не приложу. Ни в своих студенческих лекциях,  ни в интернете ответ на свой вопрос так и не нашёл.
Может быть кто-нибудь из уважаемых форумчан мне поможет?

[СВ]

 Извините, что конкретно по расчёту не могу помочь, но в любом случае Вам придётся проводить проверку вашей конструкции, а потому можно пойти от обратного, так сказать: сделать "приблизительную" конструкцию и испытать. Если годится, то сделать послабее и снова испытать. В общем, нужно найти непригодный вариант и взять в конструкцию вариант более прочный.
Есть и другой подход: сделать систему накачки более надёжную, например, поставить 2 предохранительных (и самых надёжных) клапана вместо одного. Можно даже поставить в качестве слабого звена шланги с невысоким максимальным давлением, они порвутся раньше колёс.

[Pav]

...рассчитать уже существующие клети для безопасной накачки пневмоколес...

Могу только предположить...
Если знаете энергию, то можно попробовать определить энергию деформации клети, для этого нужно найти CAE которая это может.
Я с таким расчетам не сталкивался, но предполагаю в этой CAE можно будет нарисовать 2 модели- до и после* взрыва, а она определит энергию которая требуется на деформацию. Можно посмотреть в сторону CAE используемых для расчета холодной штамповки.
Еще важно понимать, что энергия взрыва будет распространяться по клети не равномерно, а локально, поэтому нужно брать запас "в разы".

*Форму клети после взрыва рассчитать будет сложно, можно предположить, что в момент разрушения клеть примет форму сферы.

P.S. Если будете потом делать испытания, то снимите видео и выложите на форуме.

[niklas]

Приветствую уважаемых форумчан и приношу извинения за то, что в силу своей невнимательности, возможно, повторяю уже существующую тему!
Дело в том, что мне задали спроектировать, а самое главное рассчитать уже существующие клети для безопасной накачки пневмоколес.
Эти клети должны уберегать рабочих от увечий во время взрыва перекаченных колес.
Энергию взрыва и скорость разлета осколков я рассчитал, имею представление и могу рассчитать упруго деформируемую конструкцию клети, в таком случае она получается очень массивной, что заставляет задуматься о целесообразности конструирования одноразовых клетей (рассчитанных на один взрыв колеса, благо, что это случается очень редко), т.е. деформируемых пластически, а как рассчитать пластически деформируемую металлоконструкцию от ударных нагрузок ума не приложу. Ни в своих студенческих лекциях,  ни в интернете ответ на свой вопрос так и не нашёл.
Может быть кто-нибудь из уважаемых форумчан мне поможет?

Легче перекачку не допустить

[БахАлександр]

Вероятно, перекачку и легче не допускать, но:
Во-первых, качаю не я ;
Во-вторых, перекачка принята, как наихудший вариант развития событий, а взорваться колесо может и при нормативном давлении, в виду того, что оно не всегда бывает новым и имеет усталостный износ.

[tramp_m]

Совершенно верно поставить предохранительный клапан на допустимое давление в шинах.
И, конечно на списанном материале, не следует экспериментировать результат не будет корректным.
А, если всё-таки интересен расчет на разрыв емкости от превышения давления, то ...
Может быть это поможет
http://standartgost.ru/%D0%93%D0%9E%D0%A1%D0%A2%205513-97
http://avillage.ru/advices/use/davlenie-v-shinah-avtomobilya.html
http://www.automn.ru/kia-sportage/kia-952-10.m_id-2.m_id2-101.html
http://do.gendocs.ru/docs/index-367325.html
Или эта тема
http://pirochem.net/index.php?author=bolgarkiy-av&book=1937&category=otherpirotech&id1=3&page=1

[Kirilius83]

Насколько я понял, эта штука нужна для грузовых шиномонтажей: колесо тудда запихивается и качается до предельного давления, не рвануло - можно ставить на машину, рвануло - ну, лучше чем на трассе.
Кто нибудь наблюдал это вживую на трассе? Я разок наблюдал, на встречке у фуры левое колесо рвануо - хорошо еще метров 50 оставалось, куски резины с кородом массой 5..10 кг знатно полетели - мы на мото были, при попадании в голову башку бы напрочь оторвало наверное. Да и на машине лобовуху со встречки пробьет запросто.. На днях знкомый жаловался, его на соболе чуть фура не снесла - фура его обгоняла, и когда тягачь дошел до середины его корпуса рвануло переднее правое - хорошо он её обгон по зеркалу конторолировал, успел газу дать и выскочил, фура сразу после него на обочину ушла. А так бы забрала с собой.... Так что проблема такая есть, и вполне себе актуальная, и кроме как провести испытания - больше никак не проверишь...


Кстати, а как считали силу и какая получилась?  Или какая сила удара о клетку выходит - я так понимаю имеем осколок определенной массы и определенной скорости, торможение об воздух не учитываем - все рядом. Вспоминая разрывы в живую - большие куски почти не летят, сразу падают (их и разогнать тяжелее, и об воздух тормозят бльше), а мелкие заметно легче. Хотя наверно есть идеальный размер куска - когда и скорость разлета хорошая, и масса заметная, на них и надо ориентироватся?

Если я правильно понимаю, то деформироватся клетка начнет когда нагрузка сравнится пределом текучести металла - конструкция потечет. Но вот когда металл уже потек, потребная сила остается такой же или уменьшается? Когда нагрузку убрали, конструкция осталась в новой форме, и еще раз прикладывает нагрузку - потребная сила для деформации будет как у недеформированной конструкции или меньше? насклько?
Если просто взять пластинку/проволоку из мягкой стали и гнуть её руками (классический вариант - завязываем узлом кочергу  ), то пока давишь - она гнется. Надо разогнуть обратно - силу прикладываешь пимерно такую же, ка и для того что бы согнуть. Значит деформированая конструкция остается работоспособной? Постепенно металл устает, появляются трещины и усилия для сгибания резко падает, потом металл и вовсе лопается по сгибу. Но разные металлы обладают разной пластичностью - значит надо брать не просто ст3, а искать дешевую пластичную сталь, которая может выдержать большое число перегибов?
Ну и последнее - энергия осколков гасится за счет упругости металла. Т.е. чем более упруга конструкция - там лучше она противостоит осколкам. Значит клетка должна быть не просто толстая, а еще и работать упруго, как пружина или рессора? Кстати, посто висящий кусок плотной ткани (типа брезента) очень неплохо гасит осколки, лишь бы не пробивали на вылет...

[СВ]

 Т.е. напрашивается камера с подвижными элементами, гасящими энергию взрыва? Может быть внутри камеры резиновый "ящик" с двойными стенками, между которыми наполнитель (песок, к примеру)?

[Kirilius83]

камера не должна быть герметичной - в камере должно быть достаточно дырок длы выхода воздуха, он ведь в камере сжат, а как рванет - он резко разожмется))))

[СВ]

 Открыт с одной стороны (вверх) или с двух (вверх и вниз).

[niklas]

Вероятно, перекачку и легче не допускать, но:
Во-первых, качаю не я ;
Во-вторых, перекачка принята, как наихудший вариант развития событий, а взорваться колесо может и при нормативном давлении, в виду того, что оно не всегда бывает новым и имеет усталостный износ.

Тогда похоже у Вас "сизифов труд". Ограждение ограждением, но когда придется удалять накаченное колесо ограждения не будет. А колесико выждало..., щелк, и нет чела. Выхдит исполнителя нужно одевать в костюмчик сапера

[БахАлександр]

Господа, вы слегка отклонились от темы, суть которой в решении вопроса расчета металлоконструкции на удар в пластической стадии, что означает, что после удара конструкция будет деформирована на столько, что дальнейшая эксплуатация будет невозможна, но, при этом, не разрушится.

[Сэр]

А что-нибудь такое придумать...... чтобы там применить сетку металлическую. А?

[СВ]

 Две сетки. Внешняя - как корпус, не порвётся никогда, а внутренняя - расходник. Well?

[Kirilius83]

Господа, вы слегка отклонились от темы, суть которой в решении вопроса расчета металлоконструкции на удар в пластической стадии, что означает, что после удара конструкция будет деформирована на столько, что дальнейшая эксплуатация будет невозможна, но, при этом, не разрушится.

Т.е. смысл в том, что бы согнулось но не сломалось, и пользоватся дальше нельзя было?
Не уверен, что такое срабоатет с практической точки зрения - само изделие ведь не имеет подвижных частей (дверца не в счет), и деформация не мешает запихнуть туда еще одно колесо, а то еще и кувалдой подриховать можно.

ЗЫ Пока вызывает сомнение необходимость именно такого расчета, возможно правильнее будет задачу ставить чуть по иному. Но может я и ошибаюсь. В любом случае, без правильной постановки задачи правильного решения не будет, будет только куча потраченного времени и даже результат, но который окажется ненужным на практике. Зачем лезть в гору, если эту гору можно просто обойти?

ЗЫЫ сама по себе задача проектирования клетки для проверки колес - мне интересна и с практической точки зрения, как для расширение кругозора, так и возможно в будущем пригодится (есть люди, которые мне могут захотеть задать аналогичную задачку).

[БахАлександр]

Т.е. смысл в том, что бы согнулось но не сломалось, и пользоватся дальше нельзя было?

Совершенно верно, что бы согнулась, вытянулась, но не порвалась.

Не уверен, что такое срабоатет с практической точки зрения - само изделие ведь не имеет подвижных частей (дверца не в счет), и деформация не мешает запихнуть туда еще одно колесо, а то еще и кувалдой подриховать можно.

Организация большая, следить за исполнением инструкций есть кому, к тому же, почти везде камеры наблюдения стоят, так что инцидент не замеченным не останется, если Вы это имели ввиду 

[Николай]

Что-то не могу понять самого процесса. Так что-ли будет?

[Kirilius83]

А если за инструкциями следят - то нет необходимости делать такой точный расчет, что бы именно сильно погнулось, достаточно в инструкции указать, что как рвануло - эксплуатация запрещается.

что бы согнулась, вытянулась, но не порвалась.

Сама поставновка задачи предполагает очень точный расчет, т.к. запаса прочности не предполагает по определению, и точность расчета выше, чем на космос, тем более я так понимаю производство штучное, экспериментировать со взрывами недадут, и контролировать готовое изделие тоже будут на коленке. + сама энегия разрыва колеса во первых, посчитана чисто теоретически, и для определенного давления, оперделенного колеса. А разные колеса имеют разный обьем, разную конструкцию (с разным кордом), и разного качества - т.е. на практике при каком давлении рванет (а давление тоже замерятся будет простым манометром, с приличным разбросом показаний) толком не известно, и с какой силой тоже - слишком много разных нюансов, вообще не зависящих от самой клетки, и реальная энергия разрыва может менатся в широких пределах. Хорошо если она будет меньше - клетку просто не погнет. А если чуточку больше? Клетка-то будет расчитана на определенную силу, при большей уже разушение!
И сама клетка - точно заданная прочность предполагает точное выдерживание всех параметров, а это как просто точные мех свойства стали, так и точные размеры элементов (а у стального проката толщина полок тоже скачет, сответвенно и реальная прочность), и выдерживание технологии сварки - чуть другой шов положили, уже прочность изменилась. Или применять заклепки/болты тогда...
Поэтому такая задача мне видится несколько утопичной... Хотя я не считаю её невыполнимой - но вот затраты на неё сравнимы с проектированием лунохода или авиалайнера. А ради чего?


Вспоминая диаграмму растяжения металлов, предположу что клетка должна быть расчитана на напряжения, равные пределу текучести - тогда металл уже потечет, но еще не разрушится. И чем больше площадка текучести - тем лучше, больше сдеформируется. Но не все металлы её вообще имеют.
А какая при этом будет деформация - просто так не посчитаешь, т.к. стандартный сопромат тут уже не работает - от только для первого прямолинейного участка. Это надо вглубь теории копать. Хотя может что-то в литературе пообработке давлением найдется...
http://metallicheckiy-portal.ru/articles/chermet/xolodnaya_prokatka/osnovi_plasticheskoi_deformacii_pri_prokatke/2
http://stud24.ru/metallography/priroda-stadij-plasticheskoj-deformacii/217766-637085-page1.html

[Kirilius83]

Что-то не могу понять самого процесса. Так что-ли будет?

По идее кабинка/клетка...

[СВ]

..
Вспоминая диаграмму растяжения металлов, предположу что клетка должна быть расчитана на напряжения, равные пределу текучести - тогда металл уже потечет, но еще не разрушится. И чем больше площадка текучести - тем лучше, больше сдеформируется.
...

А что в итоге получится? Не окажется ли так, что по пределу текучести "клетка" окажется, условно говоря, толщиной 10 мм, а по пределу прочности - 14, при этом первый вариант ещё и выбрасывать придётся после первого "залёта". Где экономия? Больше потратят на з/п конструктору, который месяц будет разбираться с этим вопросом.