Коритний профіль для підсилення тонкостінної оболочки

Союз Советснмх ^мвлистичес Республик ii Wm (И) к (61) Дополнительное к авт. свнд-ву (22)3аявлено 0108 77 (21)2520406/25-27 с присоединением заявки № — (51 )М. Кл. F 16 S 3/00 ПюударстввнныЙ комитет СССР по делам изобретений (23)Приоритет Опубликовано 05 01 80 Бюллетень № и открытий (53)УДК693 2(088 8) Дата опубликования описания 0 5 01 80 * (72) Автор изобретения Г М Кацнельсон (71) Заявитель (54) КОРЫТНЫЙ ПРОФИЛЬ ДЛЯ УСИЛЕНИЯ ТОНКОСТЕННОЙ ОБОЛОЧКИ В то же время отгиб концов полок в плосИзобретение относится к прокатному произ кости примыкания нужен лишь в тех случаях, водству, а также к транспортному машинокогда для соединения корытного профиля с строению железнодорожному, морскому и тонкостенной оболочкой применяется не сварка, автомобильному, более конкретно — к устройа болтовое, заклепочное или другое подобству прокатного профиля, используемого в каное соединение (например, при соединении с честве конструктивного элемента для подкрепдеревянной или алюминиевой обшивкой). ления тонкостенной оболочки Таким образом, известная конструкция коИзвестен корытный профиль, предназначенрыгного профиля с наличием отогнутых концов ный для подкрепления тонкостенньск металлифланцев в плоскости примыкания с оболочкой, ческих оболочек Он характеричуется наличием 10 с которой они соединяются с помощью сварки, отогнутых концов фланцев, находящихся в одимеет нерациональную форму поперечного сеной плоскости, по которой осуществляется ченин, так как металл по концам фланцев их примыкание к тонкостенной оболочке [1] используется весьма неэффективно Он оказыЭтот корытный профиль при присоединении вает незначительное влияние на общую прочк тонкостенной оболочке образует подкрепляюность и жесткость подкрепляющего ребра, увещее ребро. личивая нагрузку на слабый элемент подкреп ляющего ребра - стенку корытного профиля Указанный элемент, находясь в непосредИзвестен корытный профиль для усиления ственном контакте с оболочкой, смещает нейттонкостенной оболочки, выполненный из осноральную ось всего узла подкрепляющего ребра ваний и соединенных с концами оболочки крик оболочке, увеличивая нагрузку на основание волинейными участками двух полок, располокорытного профиля, которая чаще всего и явсимметрично и под тупым углом к ляется самым слабым местом всей металлоконструкции нованию [2]. АЖИО Данный профиль наиболее близок к изобресвойствам материала оболочки. Кроме тою, тению но технической сущносін и достигаемоэто соотношение определяется также обеспечему результату нием нормальных условий его прокатки. Этот профиль отличается одинаковой толщиРазворот полок корытного профиля в преной основания и полок. Такая конструкция ^ делах 120-135°С, не уменьшая существенно характеризуется, с одной стороны, недостаточрасстояния между основанием профиля и тонной прочностью основания, часто деформирукостенной оболочкой, обеспечивает, с одной ется и легко повреждается, а с другой - избыстороны, вовлечение большей длины тонкостенточной толщиной концов полок, вызывающей их ной оболочки в конструктивный узел подкрепне рациональное утяжеление. і О ляющего ребра, а, с другой — при одном и Кроме того, величина разворота полок укатом же шаге подкрепляющих ребер, — уменьзанных профилей мала (угол между полкой шает длину свободного пролета тонкостенной и оболочкой 74-78 не является оптимальным). оболочки и тем самым существенно повышает Одинаковая толщина концов полок корытее прочность и жесткость. Это, в свою очередь, ных профилей разных размеров не раииональ15 позволяет использовать для тех же целей бона как по условиям прочности подкрепляющелее тонкую (а следовательно, и более легкую) го ребра, так и по условиям сварки полок с тонкостенную оболочку, либо увеличить растонкостенной оболочкой. стояние между осями подкрепляющих ребер. Целью изобретения является снижение веса Длина полок корытного профиля во избеи повышение несущей способности корытного 20 жание местной потери устойчивости не должна профиля. превышать 0,8-1,0 от длины оснований профиПоставленная цель достигается тем, что полля. Меньшие значения резко снижают прочность ки выполнены с равномерно уменьшающейся и жесткость узла подкрепляющего ребра толщиной к ее концам, и толщина концов в 1,75—2,75 раза меньше толщины основания, 23 На фиг. 1 изображен корытный профиль, попепри эгом угол между наружными поверхностяречное сечение; на фиг. 2 — узел соединения тонкоми каждой полки и основания составляет 120— стенной оболочки с различными профилями 135°. Кроме того, длина полок составляет а) - полоса, б) - швеллер, в) - двутавр, 0,8—1,0 длины основания. Предлагаемая конструкция корытного проj'> г) - равнотолшинный корытный профиль с параллельными полками, д) — предлагаемый филя в наиболее полной степени отвечает осокорытный профиль); на фиг. 3 — график изменебенностям его эксплуатации. Так, наиболее ния показателей прочности и жесткости узла корытудаленная от нейтральной оси всею узла подный профиль - тонкостенная оболочка в завикрепляющею ребра стенка корытного профиля симости от угла разворота полок корытного имеет наибольшую толщину Это обеспечивает 35 профиля. максимальные величины моментов инерции и сопротивления площади поперечного сечения всего подкрепляющего ребра, а также его повышешгую местную прочность. Уменьшение толщины полок по концам обеспечивает существенное облегчение профиля, а также улучшает условия сварки его с тонкостенной оболочкой. Перепад толщины отдельных элементов поперечного сечения корытного профиля в пределах от 1,75 до 2,75 объясниется по минимальному значению необходимостью обеспечения достаточной прочности основания и эффективности его эксплуатационных свойствОтношение 1,75-2,25 рекомендуется при изготовлении корытного профиля из металла повышенной прочности по сравнению с прочностью материала тонкостенной оболочки (например, из низколегированной стали при применении оболочки из низкоуглеродистой стали). Максимальное значение соотношения толщин основания и концов полок корытного профиля отвечает условиям обеспечения необходимой прочности корытного профиля, свойства материала которого близки к прочностным 40 45 50 55 Корытный профиль состоит из основания 1 одинаковой толщины и двух полок 2, которые расположены симметрично и соединены с концами стенки криволинейными участками 3. Полки имеют толщину, уменьшающуюся к их концам. На ф ш . 1 обозначено: b - ширина стенки, d - толщина стенки; m - длина полки; s гол шина концов полок; h — общая высота профиля; В — габаритная ширина профиля; R и г - наружный и внутренний радиусы закругления участков сопряжения стенки с полками профиля; 7 - угол между полкой и оболочкой, к которой крепится профиль. На фиг. 2 обозначено: t - подкрепляющий шаг ребер, образуемых профилями разного сечения", s — толщина оболочки, Ь о - ширина подкрепляющею ребра, образованною усиливающим профилем и частью тонкостенной оболочки; ( t - b o ) - свободный (іибкиїі) участок оболочки; у - расстояние между нейтральной осью подкрепляющею ребра и оболочкой. На фиг. 2 видно, что по море перехода 708110 (So) a el Put. 70S 110 IS Редактор Н. Ахмедова Заказ 8461/31 ЗО 45 ЄО Пел роэ&орота полом - (30 -/), Составитель И Антипова Техред Н. Бабурка Корректор Т. Скворцова Тираж, ЮВ$ Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва; Ж-35, Раушская наб„ д. 4/5 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4 708 ПО 6 ребро части тонкостенной оболочки. Дальнейor одною конструктивною выполнения (юдшее резкое снижение эгих параметров являеткрепляюшего ребра к другому уменьшается ся результатом чрезмерного приближения стендлина свободного участка тонкостенной оболочки корытного профиля к оболочке. ки ( t - b 0 ) , увеличивается длина участка тон5 Таким образом, равнотолщикные по всем костенной оболочки, вовлекаемая в жесткий элементам сечения холодногнутые подкрепляюузел подкрепляющего ребра Ь о , и нейтральная щие ребра, в особенности с параллельными полось приближается к тонкостенной оболочке, ками, являются не равнопрочными деталями усиливая эффективность влияния наиболее металлоконструкций. Их слабое место - тонкое удаленного элемента поперечного сечения под1л крепляющего ребра - основания - на прочность и жесткость всей конструкции. Для каждого профиля подкрепляющего ребра показаны наименьшие и наибольшие напряжения-(?ttMrj и(j^a^,возникающие в тонкостенной оболочке. Ясно видно значительное снижение макси!5 мального напряжения при использовании корытного профиля с развернутыми полками и толстым основанием (фиг. 2, д), Для каждою профиля подкрепляющего ребра показано положение нейтральной оси отно20 сительно оболочки у. Видно приближение оси к оболочке, что разгружает ее и нагружает наиболее удаленный элемент поперечного сечения подкрепляющего ребра, величина напряжения в котором обозначена б ' с соответствующим индексом. Минимальное значение С? объясняется увеличенной толщиной основания корытного профиля. основание. Поскольку момент сопротивления по основанию WCT меньше момента сопротивления по оболочке, прочность материала корытного профиля должна превышать прочность материала оболочек, и, чем тоньше основание, тем прочнее должен бьиь материал ребра. Следует иметь в виду, что наибольшие напряжения а оболочке, нагруженной равномерным внутренним давлением, возникают посредине между подкрепляющими ребрами. А их величина пропорциональна отношению (фиг. 2): Прогиб, в свою очередь, может характеризоааться отношением: , . Таким образом, применение корытнык профилей с развернутыми до оптимальной величины полками обеспечивает существенное уменьНа фиг. 3 изображена схема остаточной шение длины свободного пролета оболочки деформации не подкрепленных участков тонко(t—b 0 ), что резко снижает в ней рабочие настенной оболочки, находящихся между ребрами. пряжения (фиг. 2). В подкрепленную зону помимо ширины профиля " в " включены с обеих сторон части ТонТак, например, если кузов автомобильного костенной оболочки, равные по длине пример- 35 самосвала, изготавливаемый обычно из тонкого но 10s, как свисающие участки ребра, НА длилиста толщиной s = 3 мм и подкрепленный не которых еще отражается жесткость корыткорытным равно тол щинным холодногнутым ного профиля, прочно соединенного с оболочпрофилем с длиной основания 100 и длиной кой. Изменение положения нейтральной оси полок 85 мм при их толщине s=d=3 мм при 40 "х—х" в поперечном сечении иллюстрирует шаге подкрепляющих ребер t = 500 мм сопоэто обстоятельство. ставить с таким же кузовом, но подкрепленным корытным профилем (развернутые полки На фиг. 3 приведено изменение показате7 = 53° и утолщенное основание d - 7 мм), лей прочности и жесткости узла подкрепляюш изменение прочностных характеристик всего щего ребра в зависимости от угла разворота 45 кузова будет следующим: полок корытного профиля. Момент сопротивления площади поперечного сечения в плоскос1. Величина рабочего напряжения в обояочти оболочки W06> снаружи стенки корытного ке между ребрами снизится на 49,5%, т е- припрофиля WCTi момент инерции дмерно в 2 раза; Из графика видно, что для принятого от2. Жесткость оболочки возрастет почти в 50 ношения толщин тонкостенной оболочки и ос4 раза; нования корытного профиля существует опти3. Прочность по слабому месту подкрепляюмальный угол разворота его полок (90°-7) > щего ребра по основанию увеличится в 2 раза, при котором показатели прочности и жесткос4. Прочность ребра в плоскости оболочки ти всею подкрепляющею ребра приобретают возрастет в 2,2 раза 55 максимальные значения (тс. при 90° -у ~37 При этом увеличение собственной массы куили при у 53° Увеличение жесткости и зова составит лишь 24,17с (в 8 ра? меньше, прочности в пределах 0 37° объясняется влиячем показатели прочности) Естественно, что нием вовлечения в подкрепляющее замкнутрвг-4 " ?Щ& необходимости сохранения номинальной 708 ПО грузоподъемности кузова самосвала его масса может быть уменьшена примерно на 25-35% за счет утонения оболочки и применения пред лагаемого корытного профиля для подкрепляющих ребер. Формула ности, полки выполнены с равномерно уменьшающейся толщиной к ее концам, и толщина концов в 1,75-2,75 раза меньше толщины основания, при этом угол между наружными поверхностями каждой полки и основания составляет 120-135° 2 Профиль по п. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что длина полок составляет 0,81,0 длины основания. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Горячекатанные сортовые фасонные профили проката Справочник М , "Металлургия", 1969, с 179, поз 8 2. Производство и применение гнутых профилей проката Справочник М., "Металлургия", 1975, с. 472, поз. 6-2 и 6-17 (прототип). изобретения 1. Корытный профиль для усиления тонкостенной оболочки, выполненный в виде основания и соединенных с ее концами криволинейными участками двух полок, расположенных симметрично и под углом к основанию, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с цепью снижения веса и повышения его несушей способ Ю ь ч \ т / •с: / / 1 У / / 1 1 / ?ч у> / / 3 / \ 1 8 фиг f ч\v \ \ \ \ \