Вплив канавок для укладання канату на міцність стінки вантажопідйомних барабанів. Частина 1. Оцінка концентрації напружень в канавках нарізів від розтягнення та згинання барабану
##plugins.themes.bootstrap3.article.sidebar##
Опубліковано:
тра 4, 2026
Ключові слова:
канатний барабан, канавки для укладення канату, метод скінченних елементів, коефіцієнт концентрації напружень, міцність
##plugins.themes.bootstrap3.article.main##
Анотація
Нарізані на поверхні стінки канатного барабана канавки сприяють рівномірному укладанню і дозволяють суттєво збільшити термін експлуатації каната. З іншого боку, ці канавки є концентраторами напружень, отже негативно впливають на міцність стінки. Внаслідок складності геометрії та напруженого стану стінки традиційні проєктні розрахунки на міцність канатних барабанів спрощують, а для забезпечення їх надійності нераціонально підвищують коефіцієнти запасу міцності. Зокрема, не враховується вплив нерівномірності товщини стінки на рівень розрахункових напружень. Досліджень впливу канавок на напружений стан стінок канатних барабанів і подібних до них об'єктів в науковій та довідковій літературі нами не виявлено. В цій роботі на основі чисельного моделювання методом скінченних елементів визначено розподіл напружень у зоні западин канавок традиційної форми для барабанів різних діаметрів. Показано, що концентрація напружень у місцях зниження товщини стінки є досить істотною, оскільки коефіцієнт концентрації напружень знаходиться в межах 1,30-1,40. У цьому повідомленні викладено методику визначення рівня концентрації напружень від поздовжньої сили та згинального моменту. Для кількох типорозмірів канатних барабанів з канавками представлені отримані результати – відповідні коефіцієнти концентрації напружень.
##plugins.themes.bootstrap3.article.details##
Як цитувати
Хомяк, Ю., Макогон, В., & Жеглова, В. (2026). Вплив канавок для укладання канату на міцність стінки вантажопідйомних барабанів. Частина 1. Оцінка концентрації напружень в канавках нарізів від розтягнення та згинання барабану. Вісник Одеського національного морського університету, (79), 125-139. https://doi.org/10.47049/2226-1893-2026-1-125-139
Розділ
Пректування та міцність деталей машин
Посилання
1. Khomiak Yu.M., Zhehlova V.M., Makohon V.S. Udoskonalennia metodyky rozrakhunku kanatnykh barabaniv vantazhopidiomnykh mashyn // Visnyk Odeskoho natsionalnoho morskoho universytetu, 2025. No 3 (77). Р. 67-80 [in Ukrainian].
2. Pilkey W.D., Pilkey D.F., Bi Z.М. Peterson's Stress Concentration Factors: 4th Edition. Wiley, 2020. – 640 р.
3. Savin H.M., Tulchii V.I. Dovidnyk z kontsentratsii napruzhen. – Kyiv: Vyshcha shkola, 1976. – 412 р. [in Ukrainian].
4. Savruk M., Kazberuk A. Kontsentratsiia napruzhen u tverdykh tilakh z vyrizamy. Mekhanika ruinuvannia ta mitsnist materialiv: Dovidn. posib. / Za zah. red. V.V. Panasiuka. – Lviv: Publishing House «Spolom», 2012. – 384 р. [in Ukrainian].
5. Budynas R.G. Roark's Formulas for Stress and Strain, Ninth Edition. – New York-Lisbon-London-Madrid-Sydney: McGraw-Hill, 2002. – 854 р.
6. Alavi S.K., Ayatollahi M.R., Jamali Ja., Petru M. On the applicability of digital image correlation method in extracting the higher order terms in stress field around blunt notches / Theor. and Appl. Fracture Mech., Vol. 121, 2022. 103436
7. Alavi S.K., Ayatollahi M.R., Daneshfar M., Bahrami B. Experimental stress determination of blunt notches under combinations of modes I and II loading / Engineering Structures, vol. 278, 2023. 115517.
8. Chmelko V., Harakaľ M., Žlábek P., Margetin M., Ďurka R. Simulation of Stress Concentrations in Notches / Metals, 12(1), 2022. 9 p.
9. Cordina R., Ceballos N., Pantierer A., Pantierer S. A Study in Notched Beam Stress Concentration / Engineering: Proceedings of the 17th LACCEI International Multi-Conference for Engineering, Education, and Technology: “Industry, Innovation, And Infrastructure for Sustainable Cities and Communities”. Jamaica, Р. 24-26 July 2019. 7 p.
10. Dondeti S., Miao C., Tippur H.V. A Note On Measuring Mechanical Fields in 3-D Solids Using Digital Gradient Sensing and Refractive Index Matching / Experimental Mechanics, 63, 2023. Р. 263–273.
11. Wei Liu, Longkang Li, Yaxu Qiao Local stress analysis of blunt V-notches using the digital gradient sensing method / J. Appl. Optics, 60, 2021. Р. 1489-1499.
12. Myers T., Sutton M.A., Schreier H., Tofts A., Kattil S.R. Direct Pointwise Comparison of FE Predictions to StereoDIC Measurements: Developments and Validation Using Double Edge-Notched Tensile Specimen / Comput Model Eng Sci, Vol. 140, Iss. 2, 2024. Р. 1263-1298.
13. Romanowicz P.J., Szybinski B., Wygoda M. Application of DIC Method in the Analysisof Stress Concentration and Plastic Zone Development Problems / Materials, 13(16), 2020. 38 p.
14. Sivák P., Delyová I., Bocko J. Comparison of Stress Concentration Factors Obtained by Different Methods / Applied Sciences, Vol. 13, Iss. 24, 2023. 20 p.
15. Sahin M.I., Özkan M.T. Stress concentration factors for bending with symmetric opposite notches in thin beam evaluated by FEM and ANN / Materials Testing, 67(11), 2025. 17 p.
16. Stochioiu C., Marinescu V.-M., Tudose D. I., Hadar A. Determination of Stress Concentration Effects Using Micro-Digital Image Correlation Techniques in PMMA Specimens / Materiale Plastice, 59(2), 2022. 9 p.
17. Zengah S., Baltach A., Djebli A., Compilation of Stress Concentration Factors in the Vicinity of a Geometric Discontinuity in Structures / Engineering, Materials Science. Acta Universitatis Sapientiae Electrical and Mechanical Engineering, 16, 2025. Р. 1–15.
18. Huang Ning, Hu Ming-hui, Zhang Li-hua Stress Concentration Numerical Analysis of a Panel with Big Grooves / 2010 International Conference on Computing, Control and Industrial Engineering, 2010. Р. 149-152.
19. Afshar R., Berto F., Lazzarin P., Pook L. Analytical expressions for the notch stress intensity factors of periodic V-notches under tension by using the strain energy density approach / J. of Strain Analysis for Eng. Design, 48(5) 2013. Р. 291-305
20. Hosseinabadi R. Stress analysis of periodic notches by using the strain energy density approach / Stress analysis of periodic notches by using the strain energy density approach: PhD Dissertation, 2014. 249 р.
21. Lazzarin P., Afshar R., Berto F. Notch stress intensity factors of flat plates with periodic sharp notches by using the strain energy density / Theoretical and Applied Fracture Mechanics, 60(1), 2012. Р. 38-50.
22. Afshar R., Berto F. On three-dimensional stress analysis of periodic notched plates under tension / Science China. Physics, Mechanics & Astronomy, Vol. 57, 2014. Р. 751–1757.
23. Golubiatnikov K., Vild M., Wald F. A numerical-analytical prediction of the net cross-section resistance of weakened tensile plates. – Prague: Czech Technical University, 2025. 53 p.
24. Ortega-Herrera F.J., Lozano-Luna A., Razón-González J.P., García-Guzmán J., Figueroa-Godoy F. Mathematical Model to Predict the Stress Concentration Factor on a Notched Flat Bar in Axial Tension / Proc. of the 5th Internat. Symp. on Experimental Mechanics (ISEM-SOI), 2015. Springer, 2015. Р. 265-272.
25. Yunfeng Shi, Bo Wang, Hao Wu, Bin Wang, Changzhi Liu, Rui Li A Theoretical and Experimental Study on Extreme Stress Concentration-Free Designs of Circumferentially Notched Thin Cylindrical Shells / Journal of Applied Mechanics, 87(2), 2019. Р. 1-16.
2. Pilkey W.D., Pilkey D.F., Bi Z.М. Peterson's Stress Concentration Factors: 4th Edition. Wiley, 2020. – 640 р.
3. Savin H.M., Tulchii V.I. Dovidnyk z kontsentratsii napruzhen. – Kyiv: Vyshcha shkola, 1976. – 412 р. [in Ukrainian].
4. Savruk M., Kazberuk A. Kontsentratsiia napruzhen u tverdykh tilakh z vyrizamy. Mekhanika ruinuvannia ta mitsnist materialiv: Dovidn. posib. / Za zah. red. V.V. Panasiuka. – Lviv: Publishing House «Spolom», 2012. – 384 р. [in Ukrainian].
5. Budynas R.G. Roark's Formulas for Stress and Strain, Ninth Edition. – New York-Lisbon-London-Madrid-Sydney: McGraw-Hill, 2002. – 854 р.
6. Alavi S.K., Ayatollahi M.R., Jamali Ja., Petru M. On the applicability of digital image correlation method in extracting the higher order terms in stress field around blunt notches / Theor. and Appl. Fracture Mech., Vol. 121, 2022. 103436
7. Alavi S.K., Ayatollahi M.R., Daneshfar M., Bahrami B. Experimental stress determination of blunt notches under combinations of modes I and II loading / Engineering Structures, vol. 278, 2023. 115517.
8. Chmelko V., Harakaľ M., Žlábek P., Margetin M., Ďurka R. Simulation of Stress Concentrations in Notches / Metals, 12(1), 2022. 9 p.
9. Cordina R., Ceballos N., Pantierer A., Pantierer S. A Study in Notched Beam Stress Concentration / Engineering: Proceedings of the 17th LACCEI International Multi-Conference for Engineering, Education, and Technology: “Industry, Innovation, And Infrastructure for Sustainable Cities and Communities”. Jamaica, Р. 24-26 July 2019. 7 p.
10. Dondeti S., Miao C., Tippur H.V. A Note On Measuring Mechanical Fields in 3-D Solids Using Digital Gradient Sensing and Refractive Index Matching / Experimental Mechanics, 63, 2023. Р. 263–273.
11. Wei Liu, Longkang Li, Yaxu Qiao Local stress analysis of blunt V-notches using the digital gradient sensing method / J. Appl. Optics, 60, 2021. Р. 1489-1499.
12. Myers T., Sutton M.A., Schreier H., Tofts A., Kattil S.R. Direct Pointwise Comparison of FE Predictions to StereoDIC Measurements: Developments and Validation Using Double Edge-Notched Tensile Specimen / Comput Model Eng Sci, Vol. 140, Iss. 2, 2024. Р. 1263-1298.
13. Romanowicz P.J., Szybinski B., Wygoda M. Application of DIC Method in the Analysisof Stress Concentration and Plastic Zone Development Problems / Materials, 13(16), 2020. 38 p.
14. Sivák P., Delyová I., Bocko J. Comparison of Stress Concentration Factors Obtained by Different Methods / Applied Sciences, Vol. 13, Iss. 24, 2023. 20 p.
15. Sahin M.I., Özkan M.T. Stress concentration factors for bending with symmetric opposite notches in thin beam evaluated by FEM and ANN / Materials Testing, 67(11), 2025. 17 p.
16. Stochioiu C., Marinescu V.-M., Tudose D. I., Hadar A. Determination of Stress Concentration Effects Using Micro-Digital Image Correlation Techniques in PMMA Specimens / Materiale Plastice, 59(2), 2022. 9 p.
17. Zengah S., Baltach A., Djebli A., Compilation of Stress Concentration Factors in the Vicinity of a Geometric Discontinuity in Structures / Engineering, Materials Science. Acta Universitatis Sapientiae Electrical and Mechanical Engineering, 16, 2025. Р. 1–15.
18. Huang Ning, Hu Ming-hui, Zhang Li-hua Stress Concentration Numerical Analysis of a Panel with Big Grooves / 2010 International Conference on Computing, Control and Industrial Engineering, 2010. Р. 149-152.
19. Afshar R., Berto F., Lazzarin P., Pook L. Analytical expressions for the notch stress intensity factors of periodic V-notches under tension by using the strain energy density approach / J. of Strain Analysis for Eng. Design, 48(5) 2013. Р. 291-305
20. Hosseinabadi R. Stress analysis of periodic notches by using the strain energy density approach / Stress analysis of periodic notches by using the strain energy density approach: PhD Dissertation, 2014. 249 р.
21. Lazzarin P., Afshar R., Berto F. Notch stress intensity factors of flat plates with periodic sharp notches by using the strain energy density / Theoretical and Applied Fracture Mechanics, 60(1), 2012. Р. 38-50.
22. Afshar R., Berto F. On three-dimensional stress analysis of periodic notched plates under tension / Science China. Physics, Mechanics & Astronomy, Vol. 57, 2014. Р. 751–1757.
23. Golubiatnikov K., Vild M., Wald F. A numerical-analytical prediction of the net cross-section resistance of weakened tensile plates. – Prague: Czech Technical University, 2025. 53 p.
24. Ortega-Herrera F.J., Lozano-Luna A., Razón-González J.P., García-Guzmán J., Figueroa-Godoy F. Mathematical Model to Predict the Stress Concentration Factor on a Notched Flat Bar in Axial Tension / Proc. of the 5th Internat. Symp. on Experimental Mechanics (ISEM-SOI), 2015. Springer, 2015. Р. 265-272.
25. Yunfeng Shi, Bo Wang, Hao Wu, Bin Wang, Changzhi Liu, Rui Li A Theoretical and Experimental Study on Extreme Stress Concentration-Free Designs of Circumferentially Notched Thin Cylindrical Shells / Journal of Applied Mechanics, 87(2), 2019. Р. 1-16.