Синельщиков Алексей Владимирович – канд. техн. наук, доц., доц. кафедры «Информационные технологии»
414056, Южный федеральный округ, Астраханская область, г. Астрахань, ул. Татищева, 20а
Scopus ID: 57199405189
SinelshchikovAlexei V. – Cand. of Sci. (Eng.), Associate Professor of the Department of Information Technologies
414056, Southern Federal District, Astrakhan Region, Astrakhan, Tatishcheva St., 20a
Scopus ID: 57199405189
SPIN-code: 1473-4782
Введение. Обеспечение безопасности при эксплуатации грузоподъемных кранов, особенно на объектах использования атомной энергии (ОИАЭ) при транспортировке опасных грузов, таких как отработавшие тепловыделяющие сборки, требует высокой точности расчетов несущих конструкций. Существующие подходы к моделированию не всегда учитывают влияние детализации съемных грузозахватных приспособлений (СГП) на общую картину напряженно-деформированного состояния крана. Целью данного исследования является оценка влияния уровня детализации конечно-элементной модели СГП типа траверсы на гибком подвесе на сходимость и точность результатов статического расчета мостового крана.Материалы и методы. Исследование проводилось на примере задачи транспортировки контейнеров ТУК-13 мостовым краном с использованием траверсы на гибком подвесе. Разработаны и проанализированы три варианта расчетно-статической модели (РСМ) крана, различающиеся способом моделирования СГП: 1) представление нагрузки от СГП и груза сосредоточенными массами (весом); 2) использование детализированной модели СГП с грузом с жесткими соединениями элементов; 3) применение детализированной модели СГП с грузом с учетом шарнирных соединений. Для каждой из трех моделей был выполнен статический расчет тремя различными методами: линейный статический анализ, статический расчет с учетом P-Δ и статический расчет с учетом P-Δ и больших перемещений.Выводы. Сравнительный анализ показал, что учет гибких элементов подвеса и шарнирных соединений в конструкции СГП требует учета P-Δ эффекта и больших перемещений, для адекватного описания деформированного состояния системы «кран-СГП-груз». Линейные методы и упрощенные модели СГП могут приводить к существенным погрешностям. Выбор уровня детализации РСМ и метода расчета оказывает значительное влияние на достоверность получаемых результатов.Рамки исследования и возможность последующего использования. Результаты применимы к статическому анализу мостовых кранов с гибкими подвесами и сложными СГП. В дальнейшем возможно расширение исследования на динамические режимы работы и другие типы СГП. Практическое значение. Полученные выводы важны для инженерной практики при проектировании и проведении поверочных расчетов мостовых кранов, позволяя выбрать рациональное сочетание уровня детализации модели и метода расчета для обеспечения требуемой точности и безопасности.Оригинальность и ценность. Новизна работы заключается в систематическом сравнении влияния как уровня детализации модели СГП (от сосредоточенных масс до детализированной модели с шарнирами), так и различных методов статического расчета на результаты для крана с гибким подвесом. Результаты будут полезны инженерам-конструкторам, расчетчикам и специалистам по безопасности, работающим с грузоподъемным оборудованием в ответственных отраслях.
Introduction. Ensuring the operational safety of cargo lifting cranes, especially at nuclear power facilities when transporting hazardous loads such as spent fuel assemblies, requires high precision in the calculation of loadbearing structures. Existing modeling approaches do not always consider the influence of the detailing of removable load-handling attachments (RLHAs) on the overall stress-strain state of the crane. The objective of this study is to assess the influence of the finite element model’s level of detail for a traverse type RLHA on a flexible suspension on the convergence and accuracy of the static calculation results for an overhead crane.Materials and Methods. The study was conducted using the case of transporting TUK-13 containers with an overhead crane equipped with a traverse on a flexible suspension. Three variants of the crane’s computational static model (CSM) were developed and analyzed, varying in the way the RLHA was modeled: 1) representation of the load from the RLHA and cargo as lumped masses (weight); 2) use of a detailed model of the RLHA with cargo, featuring rigid element joints; 3) application of a detailed model of the RLHA with cargo, taking into account hinged joints. For each of the three models, a static analysis was performed using three different methods: linear static analysis, static analysis considering the P-Δ effect, and static analysis paying attention to both the P-Δ effect and large displacements.Conclusions. The comparative analysis showed that accounting for flexible suspension elements and hinged joints in the RLHA design requires consideration of the P-Δ effect and large displacements to adequately describe the deformed state of the “crane-RLHA-cargo” system. Linear methods and simplified RLHA models can lead to significant inaccuracies. The choice of the detailing level of RLHA and the calculation method significantly affects the reliability of the obtained results.Research Scope and Future Use. The results are applicable to the static analysis of overhead cranes with flexible suspensions and complex RLHAs. Further research could be extended to dynamic operating modes and other types of RLHAs.Practical Significance. The obtained information is important for engineering practice in the design and verification of overhead cranes’ calculation, enabling the selection of a rational balance between the model’s level of detail and the computing method to ensure the required accuracy and safety.Originality and Value. The novelty of this work lies in the systematic comparison of the influence of both the RLHA model’s level of detail (from umped masses to a detailed model with hinged joints) and various static analysis methods on the results for a crane with a flexible suspension. The results will be useful for design engineers, stressstrain analysts, and safety specialists working with lifting equipment in critical industries.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.