Как производители металла могут справиться с деформациями при гибке профиля

Студенты, обучающиеся в Технологическом институте Иллинойса, наслаждаются тишиной. Эллиптическая труба, состоящая из множества изогнутых элементов, заглушает шум проходящих поездов. Изображение: AISC

Всякий раз, когда Кен Печо прогуливается по кампусу своей альма-матер, Иллинойского технологического института (ИИТ), расположенного недалеко от центра города, он смотрит вверх. Когда поезд CTA едет по рельсам, он наслаждается тишиной. Конечно, поезд не бесшумный, но он намного тише, чем мог бы быть, благодаря эллиптической трубе, действующей как своего рода глушитель, созданной на предприятии Chicago Metal Rolled Products (CMRP), работодателе Печо, — гибочном ролике, который был Формируем пластины, уголки, трубы, профили и конструкционные балки более 100 лет. Окружающая пути CTA эллиптическая конструкция, состоящая из множества изогнутых элементов, заглушает шум проходящих поездов, к большому облегчению студентов ИИТ, обучающихся в здании всего в нескольких футах от них.

Печо вспомнил эту историю во время презентации на конференции NASCC Steel Conference 2019, проходившей в Сент-Луисе и организованной Американским институтом стальных конструкций (AISC). Во время презентации на конференции он представил новую публикацию AISC «Руководство по проектированию 33: Проектирование изогнутых элементов».

«Это действительно следует считать библией изогнутых членов», - сказал он. «Если вы ежедневно занимаетесь изготовлением изогнутых металлов, это то, что вам следует иметь в своей библиотеке».

Руководство по проектированию глубоко погружает в тему презентации Pecho, которая становится все более актуальной для предприятий по производству гибочных роликов, где в последние годы наблюдается значительный всплеск спроса на изогнутые профили, включая круглые, эллиптические, квадратные и прямоугольные трубы; открытые профили; и структурные балки. Выступление Печо касалось искажений.

«Основная проблема, которую мы наблюдаем при использовании изогнутых металлов, — это искажение», — сказал он. «Но мы не можем полностью устранить искажения. Это просто невозможно. Итак, теперь возникает вопрос: как нам спроектировать изгиб? Что мы можем сделать, чтобы способствовать успешному получению изогнутого элемента?»

Самые успешные проекты, в том числе изогнутая эллиптическая труба, окружающая железнодорожные пути CTA, были разработаны с учетом искажений. Печо вспомнил работу, в которой одна прямоугольная изогнутая трубка была соединена с прямой прямоугольной трубкой, и в этой ситуации были очевидны проблемы с искажениями, особенно с учетом малого радиуса изогнутой трубки.

Форма прямоугольной трубы изменится лишь незначительно, поэтому само по себе искажение формы заготовки не будет заметно. Но это не относится к сварщику, который соединял изогнутые и прямые детали вместе. Решение заключалось в компромиссе: мастерская согнула профиль, но затем оставила несколько футов несгибаемой прямой секции возле конца трубы. Затем производитель обрезал эту трубку на несколько дюймов впереди кривой, ровно настолько, чтобы эффекты искажения на участке кривой рассеялись, возвращая диаметр трубы к номинальному размеру.

К счастью, в этой ситуации соединение, спрятанное за стеной, не было косметически критичным. Если бы это было так, дизайнерам, возможно, пришлось бы пересмотреть тип или конструкцию соединения. Опять же, само по себе искажение изогнутой заготовки не было заметно. Но при соединении с прямым элементом эффекты искажения были очевидны. Такие косметические недостатки могут не иметь значения. В любом случае, признание и планирование этого искажения на передней части, прежде чем какой-либо металл будет погнут, может иметь огромный смысл.

В новом руководстве AISC указано, как различные уровни искажений влияют на силу участника. Например, чтобы рассчитать определенные прочностные характеристики изогнутой двутавровой балки, разделите дельту неплоскостности (отличие от номинала), которую создает деформация, на толщину материала. Результаты до определенного момента не показывают значимых изменений в силе участника; но по мере того, как искажение выходит за пределы этой точки, член действительно ослабевает. Локальные искажения могут быть особенно проблематичными. Разумеется, все эти расчеты зависят от требований к прочности приложения, а в руководстве по проектированию AISC излагаются все особенности.