ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ ВПЛИВУ НАПРАЦЮВАННЯ ТА АСИМЕТРІЇ ЦИКЛУ НА ТРІЩИНОСТІЙКІСТЬ СТАЛЕЙ ПОРТАЛЬНИХ КРАНІВ
AN EXPERIMENTAL STUDY OF THE IMPACT OF AGE AND LOADING CYCLE ASYMMETRIES ON THE CRACK RESISTANCE OF THE PORTAL CRANES
Сторінки: 245-248. Номер: №1, 2020 (281)
Автори:
В.В. СТРЕЛЬБІЦЬКИЙ, О.О. НЕМЧУК
Одеський національний морський університет
V.V. STRELBITSKIY, O.O. NEMCHUK
Odessa National Maritime University
DOI: https://www.doi.org/10.31891/2307-5732-2020-281-1-245-248
Рецензія/Peer review : 10. 01.2020 р.
Надрукована/Printed : 14.02.2020 р.
Анотація мовою оригіналу
Об’єктом дослідження є металоконструкції портальних кранів, термін експлуатації яких перевищив нормативний ы які продовжують експлуатуватися в річкових портах. Проблема зниження працездатності металоконструкції загострюється понаднормовою та тривалою їх експлуатацією в режимі інтенсивного циклічного навантаження в сукупності зі зміною фізико-механічних властивостей внаслідок корозійної деградації металу. Враховуючи те, що на сьогодні за відсутності достатнього фінансування встановлення ресурсу кранів є актуальною задачею, оскільки останній визначається опірністю втомного руйнування портальних кранів. Метою роботи є встановлення впливу напрацювання та асиметрії циклу навантаження в умовах агресивного середовища на характеристики тріщиностійкості зразків металоконструкцій портальних кранів. Для досліджень були використані плоскі зразки, виготовлені з сталі St38b2,які вирізані з нижньої та задньої полиць хобота, а також стріли портальних кранів типу «Альбатрос», що напрацювали 45 років в Херсонському порту. Експериментальні зразки навантажували плоским згином на випробувальній машині з жорстким типом навантаження, частотою 3 Гц та асиметрією циклу R 0,1, 0,4, 0,6 і 0,8. З отриманих експериментальних кінетичних діаграм втомного руйнування матеріалу встановлено, що збільшення асиметрії циклу навантаження призводить до інтенсифікації росту тріщини, зокрема в діапазоні значень К=7…18 МПа·м1/2 швидкість збільшується у 1,3-2 рази. За R=0,8 вже спостерігається відсутність ефекту закриття тріщини, зниження порогу втоми, інтенсифікація росту тріщини у всьому діапазоні K, що узгоджується з даними, наведеними в [4].
Ключові слова: портальний кран, сталь St38b2, асиметрія циклу, швидкість росту втомної тріщини.
Розширена анотація англійською мовою
Gantry cranes are the most common reloading machines of river ports, which perform the bulk of transshipment work. It should be noted that port performance depends on their reliable and continuous operation. Excessive and long-term operation of metal structures under intensive cyclic loading and in combination with a change in physical and mechanical properties as a result of corrosion degradation of the metal leads to a decrease in their performance. An increase in the duration of operation leads to the accumulation of defects and damage to metal structures, to the intensification of the latest results of operational hydrogen pickling of steels. They can serve as concentrators of fatigue cracks; their development is random. Design of metal structures. However, the latent and educated defects that are available during manufacturing and operation lead to a reduction in their useful life. In the absence of sufficient funding, the urgent task is to establish the resource of the cranes, which is determined by the resistance to fatigue failure of the portal cranes. An analysis of the studies showed that the influence of cycle asymmetry on the kinetics of critical growth of fatigue cracks in the metal structures of gantry cranes that have been in operation for more than 40 years is currently insufficiently reviewed in the scientific literature. The aim of the work is to establish the influence of work and asymmetry of the load cycle in an aggressive environment on the fracture toughness characteristics of gantry crane metal structures. For studies, flat beam specimens with one-side notch were used. They are made of low-carbon sheet ferrite-pearlite class St38b2 steel, and cut from the lower and rear shelves of the crane boom, as well as the right boom of Albatros-type gantry cranes, which have been used for 45 years in the river port of Kherson. 10 samples were cut from each element. Samples are loaded by cantilever bending on a testing machine with a rigid type of load, frequency 3 Hz, according to the asymmetry of the cycle R 0.1, 0,3, 0,6 and 0,8 at an outdoor temperature of 20 ° C. The obtained values were averaged. From the obtained experimental kinetic diagrams of the fatigue fracture of the material, it was found that an increase in the asymmetry of the cycle leads to an intensification of crack growth, in particular, in the range of values K = 7 … 18 MPa · m1/2, the speed increases by 1.3-2 times. At R = 0.6 and 0.8, there is no crack closure effect, a decrease in the fatigue threshold, and crack growth is intensified over the entire ΔK range. Which is consistent with the kinetics of tedious crack growth in the Paris section [4].
Keywords: gantry crane, corrosion, St38b2 steel, fatigue crack growth rate.
References
- Nemchuk O. O. Osoblyvosti diahnostuvannia tekhnichnoho stanu stalei portovoho perevantazhuvalnoho obladnannia / O. O. Nemchuk // Fiz.-khim. mekhanika materialiv. – 2017. – 53, № 6. – S. 116–118.
- Nemchuk O.O. Eksperymentalne doslidzhennia vplyvu napratsiuvannia na trishchynostiikist stalei portalnykh kraniv / O.O. Nemchuk, V.V. Strelbitskyi // Herald of Khmelnytskyi National University. – 2019. – № 1. – S. 17–20.
- Botvina L.R. Vysokociklovoe ustalostnoe razrushenie malouglerodistoj stali posle eyo dlitelnogo stareniya / L.R. Botvina, I.M. Petrova, I.V. Gadolina, V.P. Levin, Yu.A. Demina, A.P. Soldatenkov, M.R. Tyutin // Zavodskaya laboratoriya «Diagnostika materialov». – 2009. – № 6. Tom 75. – S. 44–51.
- Pustovoj V.N. Metallokonstrukcii gruzopodemnyh mashin. Razrushenie i prognozirovanie ostatochnogo resursa / V. N. Pustovoj. – M. : Transport, 1992. – 256 s.
- Omura T., Kudo T., and Fujimoto S. Environmental factors affecting hydrogen entry into high strength steel due to atmospheric corrosion. Mat. Transactions. 2006. 47, № 12. R. 2956–2962.
- Kharchenko L. Ye. Diahnostyka vodnevoho makrorozsharuvannia v stintsi hynu truby systemy mahistralnykh hazoprovodiv / L. Ye. Kharchenko, O. Ye. Kunta, O. I. Zvirko, R. S. Savula, Z. A. Duriahina // Fiz.-khim. mekhanika materialiv. – 2015. – № 4. – S. 84–90.
- Nykyforchyn H. M. Dehradatsiia vlastyvostei stalei mahistralnykh hazoprovodiv uprodovzh yikh sorokarichnoi ekspluatatsii / H. M. Nykyforchyn, O. T. Tsyrulnyk, D. Yu. Petryna, M. I. Hredil // Problemы prochnosty. – 2009. – 41, № 5 (401). – S. 66–72.
