С целью компьютерного мониторинга несущей способности и ресурса стержневых элементов конструкций, работающих в условиях изгиба, был разработан программный продукт «Bend Beam», который позволяет выполнять численный анализ несущей способности и располагаемого ресурса изделий, прогнозировать их долговечность в условиях нестационарного силового и температурного воздействия, осуществлять мониторинг остаточного ресурса оборудования в режиме on-line.
С помощью разработанного программного продукта проведены обширные численные исследования кинетики процесса упругопластического деформирования стержня. Направление экспериментов: выявление зависимости значений накопленной деформации, дефекта конструкции, прогиба и угла поворота сечения стержневого элемента от величины и характера приложенной моментной нагрузки.
Ниже рассматривается эксперимент по выявлению зависимости величины прогиба от значения приложения моментной нагрузки. Стержневой элемент имеет следующие геометрические параметры: ширина поперечного сечения 6 мм, высота - 1 мм, длина стержня - 100 мм. Конструкционный материал - 15Х2МФА. Стержень одним концом жестко заделан, к свободному торцу приложен изгибающий момент М.
Значение момента повышалось от нуля до конкретного значения, которое в ходе эксперимента изменялось от 100 Н*мм до 299 Н*мм. Исследования проводилось на одном полуцикле работы конструкции.
Результаты экспериментов показали, что в упругой стадии работы конструкции соблюдается практически прямая зависимость между величиной моментной нагрузки и значением прогиба торца стержня. Для стали марки 15Х2МФА упругая стадия работы заканчивается при значении нагрузки 200 МПа.
Для упругопластического изгиба характер зависимости меняется. При значениях момента 200 - 240 МПа (пластическая работа элемента выражена слабо) исследуемая зависимость немного отклоняется от прямопропорциональной и приобретает характер экспоненциальной. Для значений внешней нагрузки от 270 МПа до 300 МПа характер зависимости - ярко экспоненциальный. Следует отметить, что для применяемого конструкционного материала значение 300 МПа является предельной нагрузкой (происходит полная потеря упругих свойств материала и конструкция становится непригодна для использования).
Таким образом, использование метода анализа ресурса конструкции, предложенного в программном комплексе «Bend Beam», оправданно, поскольку дает результаты, которые невозможно получить при тех же расчетах с помощью стандартных формул из курса сопротивления материалов.