Диссертация (1026249), страница 7

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 7)

Однако она не учитываетпространственноенатяжения.положениеПодобныхпредложенная в работесварочнойнедостатковдугилишенаисилповерхностногокомпьютернаямодель,[61], по результатам использования которой быларазработана компьютерная программа «OrbitWeldSim» для определенияпараметров орбитальной сварки стали 08Х18Н10Т толщинами 4,0 - 6,0 мм сразделкой кромок с присадочной проволокой.

Решение обратной задачи приимитации условий формирования шва в различных пространственныхположенияхпозволилополучитьпрограммуоптимальногоизмененияпараметров процесса орбитальной сварки для получения сварного шва сзаданными параметрами с погрешностью 15%. Программа не предназначенаопределения параметров геометрии сварного шва для АрДС тонколистовыхстыковых соединений без присадочной проволоки.Программный комплекс «СВАРКА» (далее ПК «СВАРКА»), разработкакоторого начата на кафедре сварки и диагностики МГТУ им.

Н.Э. Баумана в1974г. и продолжается в настоящее время, предназначен для решенияширокого круга задач моделирования сварочных процессов, и, по даннымразработчиков, позволяет смоделировать следующие процессы [46]: 1)протекание электрического тока в металле, выделение тепла; 2) электрическиеи световые явления в дуге, плазме, электронном и лазерном луче; 3)электромагнитные явления; 4) гидродинамические явления в сварочной ванне;5) тепловые процессы в металле, плавление и кристаллизация; 6) физикохимические превращения в металле шва и околошовной зоне; 7) сварочныедеформации и напряжения от неравномерного нагрева и структурныхпревращений; 8) упругость, пластичность и ползучесть металла в условияхсварки; 9) развитие процессов разрушения в условиях неоднородности свойствматериала и наличия дефектов под действием сварочных процессов иразличных видов эксплуатационных нагрузок.46В ПК «СВАРКА» входят 4 основных программных компонента [47]:1)Основнаяпрограмма«Процесс»моделированияпроцессаиспользованиемметодадлявводаэксплуатацииконечныхданных,конструкцииэлементовисполучениерезультатов расчета;2)Вспомогательнаяпрограмма«Геометрия»дляразработкипараметризированных геометрических моделей сварных узлов ивключение их в библиотеку моделей;3)Вспомогательная программа «Материал» для редактированиясвойств и пополнения библиотеки материалов;4)Вспомогательная программа «Экран» для подробного анализарасчетов и оформления отчетов.Основной положительной отличительной чертой ПК «СВАРКА» являетсяориентирование на пользователей с различным инженерным уровнемматематической и компьютерной подготовки.

Это позволяет применятькомплекс не только в научно-исследовательских и проектных разработках, нои в производственных условиях. Существенным недостатком данногопрограммногокомплексаявляетсяограниченностьвкоммерческомиспользовании и невозможность ее реализации на данном этапе разработки.Еще одним существенным недостатком является отсутствие возможностиучета граничных условий контакта двух материалов в версии 4.0 по даннымработы [46]. Вследствие чего, ПК «СВАРКА» был исключен из дальнейшегорассмотрения.В сети интернет в ограниченном доступе компанией EWI предложено втечение 30-дневного срока воспользоваться программой EWI WeldPredictor[145], основанной на использовании коэффициентов численной конечноэлементноймоделииалгоритмовпараметров процесса, для оценкивыполненных соптимизацииэкспериментальныхпрочностных свойств конструкций,помощью МАГ/МИГ-сварки иАрДСимпульсной и47непрерывной дугами.

Меню ввода параметров располагает большой базойданных материалов, после назначения которых пользователю предлагаетсясамому нарисовать сварной шов или выбрать тип сварного соединения изпредставленных, выбрать условия закрепления и тип источника нагрева. Послезадания всех необходимых данных программа формирует отчет, в которомотображаетсяраспределениедеформацийинапряженийвсварнойконструкции и приводятся рекомендации к их снижению. К сожалению,разработчикамипрограммынебылауказанаточностьвыполненныхрезультатов.Врезультателитературногообзорасистемформирования сварного шва не было найденокомпьютеризированнойсистемывыборапрогнозированияв открытом доступе такойрежимовАрДСстыковыхсоединений, позволяющей использовать ее для получения количественныхвзаимосвязей параметров режимов автоматической АрДС и параметровсварного шва на медной подкладке без проведения предварительныхэкспериментов.1.4.

Основные методы расчета остаточных деформаций конструкцийпосле сваркиСварка вызывает искажения размеров и формы элементов сварныхконструкций, их укорочение, изгиб, потерю устойчивости, закручивание. Этиискажения выражаются в перемещениях, которые зависят от формы сварнойконструкции, расположения швов в ней, толщины металла. Многообразныевидыперемещенийсварныхконструкцийпорождаютсяотносительнонебольшим числом видов деформаций и перемещений, возникающих в зонесварных соединений.

Для предварительно прихваченных изделий наиболеесущественными деформациями, при большой величине которых можетпроизойти раскрытие стыка, являются [54]:481)Продольныеостаточныепластическиедеформацииεпл.ост.,создающие усадочную силу Pус и продольную усадку Δпр;2)Поперечные деформации в результате условой деформации β,которые образуют в сварном соединении поперечную усадку Δпоп.В соответствии с данными работы [54] усадочная сила Pус определяетсяпо формуле: bпPус пл .

ост .(1.20)Esdy , bпгдеs- толщина пластины, см;E- модуль Юнга материала, ГПа;bп- полуширина зоны пластической деформации, см.Продольная усадка от силы Рус для легированных сталей выражаетсявеличиной [54]:Δпр=РусL0/(2bпsE),L0где(1.21)- длина свариваемой пластины, см.Фактически действующая сила Pус определяется по формуле [54]:Рус=Рус.ж/[1- Рус.ж(e21/I1+ e22/I2+1/F)/т],гдетI1, I2, F(1.22)- предел текучести свариваемого материала, МПа;- главные центральные моменты инерции и площадьпоперечного сечения пластины; I1=sB3/12, F=Bs;е1, е2-эксцентриситетыприложенияусадочнойотносительно главных центральных осей;е1=В/2,силые2=0(для стыкового соединения).Для низколегированных углеродистых сталей с пределом текучести до 300МПа получена эмпирическая формула для расчета Рус.ж [54]:Pус.ж=-[230000/(q0+12600)+3,58]q/Vсв,(1.23)49q-эффективная мощность, Вт;q0-удельная погонная энергия сварки, Дж/см2; q=qп/(VсвSрасч);Sрасч-расчетнаягдетолщинасвариваемогоэлемента,мм;Sрасч=0,5(s1+s2);s1 и s2 -толщина сварных образцов, см.Формула (1.23) действительна в диапазоне q0 от 4000 до 38000 Дж/см2.При нагреве пластины подвижным источником нагрева, величинапоперечного укорочения выражается формулой [54]: b уп поп у пл .

ост .dy(1.24) b упПри АрДС стыковых соединений поперечная усадка вычисляется поформуле [54]: поп  AгдеА q,c  V св s(1.25)- эмпирический коэффициент, для аргонодуговой сварки сосквозным проплавлением А=1,0-1,2 [54].Абсолютное значение Δпоп изменяется в широких пределах в зависимостиот вводимой при сварке погонной энергии. Вследствие чего, даже небольшоеизменение погонной энергии повлечет за собой изменение прочностныхсвойств сварного шва и изменение формы конструкции.Все виды деформаций, характерных для стыковых соединений, имеютместо и при сварке оболочек. В результате деформаций в оболочках возникаютвременные и остаточные перемещения. От временных перемещений присварке кольцевых швов частично зависят конструкции, приспособления иоснастка.Неравномерный нагрев по толщине вызывает изгиб листа в процессесварки.

Если один лист по этой причине перемещается, а другой – нет, то50также возникает смещение Δz. Наиболее закономерный характер имеютперемещения ω при сварке кольцевых швов оболочек. Вследствие расширенияпри нагреве значительная зона вблизи кромки оболочки удлиняется внаправлении окружности, возникают радиальные перемещения свариваемыхкромок. Радиальные перемещения кромок ω будут различными, если оболочкиимеют разную жесткость (см. Рисунок 1.9, б), когда одна из оболочекпредставляет собой фланец, а другая не имеет дополнительной жесткости [54].а)б)Рисунок 1.9.

Перемещения в зоне кольцевого шва цилиндрическойоболочкиВ кольцевых швах тонкостенных цилиндрических оболочек после сваркивозникает окружная усадочная сила, которая действует на оболочкуаналогично распределенной нагрузке Р, повторяющей характер эпюрыпродольных остаточных пластических деформаций εпл.ост.[55]:Рус= εпл.ост.Es/r,где(1.26)s– толщина стенки оболочки, см;r- радиус цилиндрической оболочки, см.В результате образуется местный изгиб и уменьшение диаметра в зонекольцевого шва (Рисунок 1.9, а), которое распространяется примерно на длинуl [55]:l  34r 2 s 2 /[ 3 (1   2 )] / 4Остаточныеперемещения(1.27)отпродольныхшвоввдлинныхцилиндрических оболочках диаметром D состоят из погиба f (см.

Рисунок 1.10,51б), который вычисляется при известных усадочной силе Pус и моменте инерциикольцевого сечения оболочки по формуле [54]:f=Pусe1l2/(8EI1)=Ml2/(8EI1),Мгде(1.28)– момент усадочной силы относительно центра тяжестипоперечного сечения; М=Pусe1.а)б)Рисунок 1.10.

Перемещения в зоне кольцевого шва тонкостеннойцилиндрической оболочки от расчетной нагрузки Р, вызванныеостаточными пластическими деформациями (а),и перемещения от продольного шва (б)Очевидно, что аналитические формулы (1.20) – (1.28) позволяютрассчитать деформации изделия после сварки весьма приближенно и не могутучитывать влияние схемы закрепления изделия в сварочном приспособлении ивеличину теплоотдачи в подкладку при сварке тонколистовых конструкций безпроведения дополнительных экспериментов.Поскольку аналитические формулы для расчета остаточных деформацийпосле сварки не позволяют учесть всех этих факторов, рассмотрим численныеметоды решения термодеформационной задачи для оценки остаточныхдеформаций изделия после сварки.Для численной оценки влияния термодеформационного цикла сварки нараспределение остаточных деформаций в изделии используют конечноразностную (МКР) или конечно-элементную (МКЭ) схему.Используя МКЭ, вся 3D – модель сварного изделия представляет собойобласть,вкоторойищетсярешениедифференциальныхуравнений,52разбивается на конечное количество подобластей (элементов).

Характеристики

Список файлов диссертации