10.14489/hb.2026.08.pp.010-018

2026, 08 август (August)

DOI: 10.14489/hb.2026.08.pp.010-018

Лебедев В. А., Коваль Н. С., Цыбрий И.
МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ВИБРАЦИОННОЙ СТАБИЛИЗИРУЮЩЕЙ ОБРАБОТКИ НА НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРУЕМОЕ СОСТОЯНИЕ ИЗДЕЛИЙ КРАНОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ
(с. 10-18)

Аннотация. Обеспечение заданного ресурса работы кранового оборудования является важной задачей, требующей скорейшего разрешения. Как известно, показатели надежности изделия закладываются на этапах проектирования и обеспечиваются при изготовлении. Формирование в результате реализации механической обработки и сварки остаточных напряжений (ОН) в конструкции значительно снижает ее прочность. Действие рабочих нагрузок в этом случае может приводить к формированию критических напряжений в объеме материала деталей и как следствие последующему разрушению всего изделия. На сегодняшний день накоплен значительный опыт снижения ОН благодаря использованию различных методов обработки, среди которых можно выделить вибрационную стабилизирующую обработку (ВСО). Ее применение подтверждает свою эффективность для стабилизации изделий с различными массогабаритными характеристиками. Однако стоит отметить значительную трудоемкость работ, проводимых при ВСО крупногабаритных изделий, к которым относится крановое оборудование. Требование исключения появления новых ОН в изделии, его деформации при обработке, обуславливает необходимость проведения значительного объема предварительных исследований, касающихся следующих вопросов: выбор количества и рациональной схемы расположения вибрационных опор и вибровозбудителей, определение амплитуды колебаний источника вибрации и т.д. Решению указанной проблемы способствует использование методики оценки напряженно-деформированного состояния (НДС) изделия при ВСО с применением средств численного моделирования методом конечных элементов (МКЭ). В этой связи целью работы является моделирование МКЭ состояния изделий кранового оборудования при различных схемах реализации ВСО. На примере изделия «Балка», с помощью модуля Simulation программы SolidWorks продемонстрирована методика выбора и обоснования технологической схемы ВСО, обеспечивающей оптимальное НДС конструкции. В каждом отдельном случае представлена оценка ее прочности на основе коэффициента запаса прочности по пределу текучести.

Ключевые слова: крановое оборудование; остаточные напряжения; вибрационная стабилизирующая обработка; технологическая схема обработки; метод конечных элементов; моделирование.

Lebedev V. A., Koval N. S., Tsybriy I. K.
MODELING THE STRESS-STRAIN STATE OF CRANE EQUIPMENT PRODUCTS UNDER VARIOUS VIBRATION STABILIZING TREATMENT SCHEMES
(pp. 10-18)

Abstract. Ensuring the specified service life of crane equipment is an important task that requires urgent resolution. As is well known, the reliability of a product is determined during the design stages and ensured during manufacturing. The formation of residual stresses (RS) in the structure as a result of machining and welding significantly reduces its strength. In this case, the action of working loads can lead to the formation of critical stresses in the material of the parts, resulting in the subsequent destruction of the entire product. Today, there is a significant amount of experience in reducing RS through the use of various processing methods, including vibration stabilizing processing (VSP). Its application has proven to be effective in stabilizing products with various mass and size characteristics. However, it is worth noting the significant labor intensity of the work performed during the installation of large-sized products, such as crane equipment. The requirement to exclude the appearance of new OH in the product, its deformation during processing, necessitates the need for a significant amount of preliminary research on the following issues: the choice of the number and rational layout of vibration supports and vibration exciters, the determination of the amplitude of vibration source oscillations, etc. The solution of this problem is facilitated by the use of a methodology for assessing the stress-strain state of the product during VSO using numerical modeling tools based on the finite element method (FEM). In this regard, the purpose of this work is to simulate the FEM state of crane equipment products under various VSO implementation schemes. Using the "Balka" product as an example, the SolidWorks Simulation module demonstrates the methodology for selecting and justifying the technological scheme of the VSO, which ensures optimal NDS design. In each individual case, the strength is estimated based on the yield strength factor.

Keywords: Crane equipment; Residual stresses; Vibration stabilizing processing; Processing flow diagram; Finite element method; Modeling.

+ - Информация об авторах (About the Authors) Click to collapse

Рус

В. А. Лебедев, Н. С. Коваль, И. К. Цыбрий (Донской государственный технический университет, г. Ростов-на-Дону, Россия) E-mail: Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.

Eng

V. A. Lebedev, N. S. Koval, I. K. Tsybriy (Don State Technical University, Rostov-on-Don, Russia) E-mail: Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.

+ - Библиографический список (References) Click to collapse

Рус

1. Бабичев А. П., Бабичев И. А. Основы вибрационной технологии. Ростов-на-Дону: ДГТУ, 1999. 620 с.
2. Бабичев А. П., Сибирский В. В., Шевцов С. Н. Выбор оптимального режима стабилизирующей обработки основных деталей балочных конструкций // Эффективная финишно-упрочняющая обработка: сб. науч. тр. Ростов-на-Дону: РИАМ, 1982. С. 3 – 18.
3. Биргер И. А. Остаточные напряжения. М.: Машгиз, 1963. 224 с.
4. Beam-Bending Eigenstrain Analysis of Residual Elastic Strains in Multi-Scan Laser Formed Steel Samples / A. M. Korsunsky, W. J. J. Vorster, S. Y. Zhang, et al. // Proc. Instn Mech Engrs Pt C-J Mech Eng Sci. 2008. Vol. 222, Is. 9. P. 1635 – 1645.
5. Qian X. Q., Yao Z. H., Cao Y. P., Lu H. Inverse Approach to Construct Residual Stresses Existing in Axisymmetric Structures Using BEM // Eng Anal Bound Elem. 2005. Vol. 29, Is. 11. P. 986 – 999.
6. Experimental/Modelling Study of Residual Stress in Al/SiCp Bent Bars by Synchrotron XRD and Slitting Eigenstrain Methods / X. Song, S. Chardonnet, G. Savini, et al. // Stress Evaluation in Materials Using Neutrons and Synchrotron Radiation. 2008. Vol. 571–572. P. 277 – 282.
7. Gür C. H. Residual Stress // Quenchants and Quenching Technology. 2024. Vol. 2. P. 503 – 526. DOI: 10.31399/asm.hb.v04F.a0007015
8. Yazdani Nezhad H., O’Dowd N. Creep Relaxation in the Presence of Residual Stress // Engng Fract Mech. 2015. Vol. 138. DOI: 10.1016/j.engfracmech.2015.03.037
9. Lei Y., Dean D. W. Finite Element Validation of the Method Used to Estimate the Creep Crack Tip Characterizing Parameters for Combined Primary and Secondary Stresses // SMiRT19 Conference Proceedings. 2007. 8 p.
10. Tamarkin M., Shevtsov S., Lebedev V., Pastukhov Ph. Technology of Vibration-Stabilizing Machining of Engineering Products // Science Intensive Technologies in Mechanical Engineering. 2018. Vol. 9. P. 20 – 26. DOI: 10.30987/article_5b71326c345ef3.52170494
11. Виброрез-Н [Официальный сайт]. URL: https://super.vibrorez-n.ru (дата обращения: 13.11.2025 г.).

Eng

1. Babichev, A. P., & Babichev, I. A. (1999). Fundamentals of vibration technology. DSTU. [in Russian language].
2. Babichev, A. P., Sibirsky, V. V., & Shevtsov, S. N. (1982). Choice of optimal regime of stabilizing treatment of main parts of beam structures. In Effektivnaya finishno-uprochnyayushchaya obrabotka: Sbornik nauchnykh trudov (pp. 3–18). RIAM. [in Russian language].
3. Birger, I. A. (1963). Residual stresses. Mashgiz. [in Russian language].
4. Korsunsky, A. M., Vorster, W. J. J., Zhang, S. Y., et al. (2008). Beam bending eigenstrain analysis of residual elastic strains in multi-scan laser formed steel samples. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science, 222(9), 1635–1645.
5. Qian, X. Q., Yao, Z. H., Cao, Y. P., & Lu, H. (2005). Inverse approach to construct residual stresses existing in axisymmetric structures using BEM. Engineering Analysis with Boundary Elements, 29(11), 986–999.
6. Song, X., Chardonnet, S., Savini, G., et al. (2008). Experimental/modelling study of residual stress in Al/SiCp bent bars by synchrotron XRD and slitting eigenstrain methods. In Stress Evaluation in Materials Using Neutrons and Synchrotron Radiation (Vol. 571–572, pp. 277–282).
7. Gür, C. H. (2024). Residual stress. In Quenchants and Quenching Technology (Vol. 2, pp. 503–526). https://doi.org/10.31399/asm.hb.v04F.a0007015
8. Yazdani Nezhad, H., & O’Dowd, N. (2015). Creep relaxation in the presence of residual stress. Engineering Fracture Mechanics, 138. https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2015.03.037
9. Lei, Y., & Dean, D. W. (2007). Finite element validation of the method used to estimate the creep crack tip characterizing parameters for combined primary and secondary stresses. In SMiRT19 Conference Proceedings (8 p.).
10. Tamarkin, M., Shevtsov, S., Lebedev, V., & Pastukhov, Ph. (2018). Technology of vibration-stabilizing machining of engineering products. Science Intensive Technologies in Mechanical Engineering, 9, 20–26. https://doi.org/10.30987/article_5b71326c345ef3.52170494
11. Vibrorez-N. (n.d.). Official website. Retrieved November 13, 2025, from https://super.vibrorez-n.ru [in Russian language].

+ - Заказать электронную версию статьи (Purchase digital version of a single article) Click to collapse

Рус

Статью можно приобрести в электронном виде (PDF формат).

Стоимость статьи 700 руб. (в том числе НДС 20%). После оформления заказа, в течение нескольких дней, на указанный вами e-mail придут счет и квитанция для оплаты в банке.

После поступления денег на счет издательства, вам будет выслан электронный вариант статьи.

Для заказа скопируйте doi статьи:

10.14489/hb.2026.08.pp.010-018

и заполните форму

Отправляя форму вы даете согласие на обработку персональных данных.

Eng

This article is available in electronic format (PDF).

The cost of a single article is 700 rubles. (including VAT 20%). After you place an order within a few days, you will receive following documents to your specified e-mail: account on payment and receipt to pay in the bank.

After depositing your payment on our bank account we send you file of the article by e-mail.

To order articles please copy the article doi:

10.14489/hb.2026.08.pp.010-018

and fill out the form