2 / 11
Одним из основных критериев работоспособности тонкостенных
металлических конструкций является условие упругой устойчивости
ее элементов. По мере ужесточения требований к металлоемкости кон-
струкций и внедрению высокопрочных свариваемых сталей актуаль-
ность этой проблемы возрастает, так как повышается уровень действу-
ющих в конструкции напряжений. Наиболее эффективным способом
обеспечения местной устойчивости пластин является подкрепление их
ребрами. Этот прием в меньшей степени повышает металлоемкость
конструкции, чем увеличение толщины пластин.
Решения задачи об устойчивости пластин с ребрами методами те-
ории упругости [1–3] не дают замкнутых решений и приводят к ис-
ключительно громоздким зависимостям, которые не позволяют выйти
на инженерные рекомендации. Инженерные методы расчета пластин-
чатых элементов конструкций на устойчивость приведены в отече-
ственных и международных нормативных документах [4–8]. Однако
они не решают проблем, возникающих при проектировании металли-
ческих конструкций машин. В нормах [4, 5] представлена методика
определения необходимого момента инерции ребра при определен-
ных условиях нагружения. Однако эта методика не дает рекомендаций
по расположению ребер. Ее трудно использовать для конструкций,
подвергаемых разнообразным комбинациям нагрузок, которые созда-
ют различные распределения напряжений в пластинах. Это затрудня-
ет применение данной методики для проектирования металлических
конструкций машин, например грузоподъемных. Нормы [6, 7] содер-
жат наборы формул для расчета устойчивости пластин с различными
условиями закрепления и нагружения, но не дают указаний по расчету
пластин с ребрами.
Если расчет показал, что устойчивость пластины не достаточна,
то конструктор должен принять решение об изменении конструкции.
Для того чтобы укрепить пластину ребрами жесткости, необходимо
решить как размещать ребра, сколько ребер ставить и какое сече-
ние должны иметь ребра. Методики решения этих вопросов ни в
научно-технической, ни в нормативной литературе нет. В связи с этим
в СПбГПУ была предпринята попытка найти решение данной пробле-
мы, приемлемое для инженерной практики.
На данном этапе работы рассматривалась пластина, являющаяся
элементом тонкостенной балки (например, коробчатого сечения), ко-
торая нагружена продольной силой и изгибающими моментами в двух
плоскостях (рис. 1,
а
). Распределение нормальных напряжений по се-
чению балки определяются по технической теории изгиба балок. При
этом модель одной панели, например стенки (панель
В
) такой бал-
ки, представляет собой пластину, контур которой закреплен от пере-
мещения из срединной плоскости (обозначено штриховой линией на
120 ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Машиностроение”. 2015. № 4