автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.06, диссертация на тему:Компьютерная система для разработки и проектирования угловых швов сварных соединений

РГ6 од

] П ДПР ]П[У] АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ ’’ Інститут електрозварювання ім. Є. О. Патона

На правах рукопису

РЯБЧУК Тетяна Георгіївна

КОМП’ЮТЕРНА СИСТЕМА ДЛЯ РОЗРАХУНКУ ТА ПРОЕКТУВАННЯ КУТОВИХ ШВІВ ЗВАРНИХ З’ЄДНАНЬ

. 05.03.06 —

технологія та машини зварювального виробництва

АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Київ 1993

Робота виконана в ІЕЗ Ім.Є.ОЛІагона АН Україні:.

Еауксзий керівник: академік АН України ЛШЕККО В.І.

Офіційні опоненти: доідар техкічниг наук ШХЕЕВ П.П.;

кандидат технічних, кеді; СЕРЕНКО О.М.

Провідне підщжмстбо: УкрШЦ "Проектст2лькоцстрїкц1яп,

їі - іьІІІІЗ .

Згшіст відбудеться *'££а 993 р_ 0 ._ іо^

на .засіданні спеціалізованої вченої рада К 016.08.01 в Інституті електрозварювання Ім.Є.О.Еатона АН України (252650, Київ 5, і:СЛ, вул.Бо^енка, 11). '

З дисертацією коїша ознайомитись в науково-технічні бібліотеці ІНСТИТУТУ- ;

Відзив на автореферат 41 примірник, затверджений иечж коз) прохання надсилати за вицз, вказаною адрссш..

Автореферат розісланий "'^п 1993 р. '

Вчений секретар споціа- .

лізовоноі вченої рада 'ч ~ • •

кандидат технічних наук ^ НЕСТЕРЕККОВ В.ї,

Актуальність таяі. Безперервно гроотавчі вакол'. на СВІТОВОМУ ринку до якості зшрнкх конструкцій, економії трудог-их і . г.атеріальяі!Х ресурсів, скорочення строків иробкхувтанк вксувз- ' ить пгрзд їх творцями всо більш складні завдання, рікгшя яких. Ц0їреб'«3 ВІДПОЕІДШН ефективних ПІДХОДІВ.

Розвиток сбчікутвальнсі технік;!, зокрема порсоналнпіх комп'ютерів, - дав реальні трздукови для _ створення нових-цідход'в у різних галузях виробництва, з тему числі у виробництві звпрнпх КОНСТРУКЦІЯ.

В зварних з'єднаннях кутові еви є кг-Мілхіз тісплір-зипм;;. БЛИЗЬКО 70 Г. усіх З'вДИКІЬ ВЕКОВЗІ’О КУТОВІЙ ЕВгГЛ, пря цьопу паса изадзлвяого поталу склздр-з 1,0, ,.1,2 Я від каси стальних конструкцій. Досвід показує, що в ряді випадків допускаться подрОіо і потрійне зевкпопня цих об'ємів зг» рахунок необгрунтованого вибору розмірі« ввів. • '

Пр£1’КвННЯ до оптимізації розмірів крпют ІГП)В тЗсно пов'язане з Ееобхідцісві ітрозздетія гяибогах і трудо;«іспшк • розрахунків, що стосовна широкої іняєшрпоі практики ??гатпо їішгя па оспспі відповідної комп 'вте-рпої сзтсте*чхт. Ксют’отеризація пролегуваяпя та розрахунку.' згарищ з'с/ргдь досягти лаЗбішсої вфзшішості, як"',о ттртг цьому П0 СШПО :сопіа?г,тя схс-ки ручного обліку, а прахс-вувагл білш резшЛ гахвяі?ш назаяякзнті та руйкувлкая, адга и дояях існуючих жгелпзогаой для іпкоїторкоі пракпші.

Проведений енаяіз гатодів оцінок гр.етглшх селів оваршос З’СДЯЗИЬ З КУТСВ2»!И пвйкгї дозволяє зробити ЕЯСЗСЕСТ, г’О в іспувчгес підході« відсуди копілоксиісїь вракувшот осаовшж ржгоріз, ПіО діють на несучу здатність кутопого ИГ.З.

Метра дисертаційної, роботи а створення кош’іизркоі ’жгега для розрахунку і . проектування кутових ашів зпаргоїх з'єднань па основі сучїсішх підходів мзхяніии руДнугптя прії »иплоксяоиу врахувати основних фоиориз, які визначіть гра-яглті! отая: наявність тссгрої праакввчої портале®, бвгато-зсність нзпрукзного стану, наявність загазкокте зварювальних іапруяепь ,1 стохйстяка ' г.зогятрктшх: розгйрів та неяенічюп; властивостей металу шза Я призовної зони.

У відповідності з мотоз в роботі ставляться наступні зав-іашш ' 1

1. ВііЗрага критерії граничного стану зони кутового ста при статичному і циклічному навантаженнях, цо комплексно враховують наведені вицо фактори,

2.- Вішукаги розрахункові схеми для визначеная зусиль (напружень), що виникають у кутових свах зварних з'єднань під дісю заданих номінальних навштгжшь з врахуванням пруж-ио-пластичної поведінки матеріалу кутового сва 1 прухної піддатливості з'єднуваних елементів.

3. Розглянутії mosjhtbocti оішиїзації розмірів кутсанх

швів.

4. Розробити методику оцінки впливу варіації вихідних ж-раштрів на забезпеченість розрахунку кутових пвів.

5. Розробити структуру ка.ми’ютерної системі для розрахунку 1 проектування зварних з'єднань із кутовими шзала.

. б. Створити серію модулів як складових частин кс;,:л’ьхзр-ноі системи, відповідних рівним типам зварних з’еднщь і Різнем схемам навантаження. '

7. Провести шробщіа характерних модулів шліхом оісшз-леиня розрахункових результатні з даншли експаршоніу.

8. Розробити рекомендації да розрйуш;у 1 прооктуЕШшо

кутовій ввів зварних з'єднань з ьикориотанша* персональних комп'ютерів (ІїК). ' •

Методи досліджень. Аналітичні та ‘чисельні катода теорії пругшо-п.пас'інчяого деформування матеріалів у сполученні s методами сучасної механіки руйнування, інформатики. Розрахункові дані досліджень апробувались зіставленням з експеримвнтальшзіи результатами. ‘ '

■ Наукова новизна. ■ . '

1. Впарша на основі сучасної механіки руйнування тіл із

аріщяяшл запропоновані критерії граничного’ степу для зони кутового паа зварного з'єднання при статичних 1 циклічних навантаженнях, цо дозволяють одночасно врахувати багатоосність напруженого стену, аглиЕкові зварщальні напруження, прзмикавзі гострі шровшши. '

2. Користуючись моашіЕостйми сучасних иорсоналшкх комп'ютерів, запропоновані уточнені розрахункові схеми для оцінки' яушіль (аапруаень) в кутових, вівші різних сваріпіх з'адааиь при ааданях номінальних иаваптеазниях з врахуванням нруїшо-шистичяоі робота матеріалу шва 1 пружної піддатливості

з*едцщаних елементів. •

3. Для різних озарппс з'єднань із кутовими шх.аглі: розроб-

лені .ілгорптгяі розрахунку оптимальних розмірів кутсгнх пвш пря статичному і .циклічному навантаженні із умов одночасного пгстзння грачкчного сггііу в усіх точках тарегвяу пша і аіншу- . му наплавленого кзтаїу. .

4. Для різних звзріпи з'єднань з луговими цеями, в гзалоя-кості від варіаідії основіпк епхідшіх поремотріїз, запропоновано алгоритм оцінки ¡забезпеченості розрахунку, ідо встаїоЕлзз зв'язок міг: велтнагли забезпеченості розрахунку з пршг/стпа” навштакенияи, коефіцієнтами бгзшкя, гоом*їричнкми резшрезд. Показано, п;о пря відомій варіації виадпіх пзрамоірів більа раціонально вести розрахунок пп заданоа забезпеченістю, ніг; зз зданим комітентом безпетси.

Апробац 1 я ' -роботи. Результати досліджень 1 основні положення робота доповідались та . обговорювались па семінарі "Норсітектішн застосування персональних кс?щ'ятерів для гштста-' ЗПСЭЦ11 проеігіуЕапЕЛ зпарнкх з'єднань 1 технології зверзваяля" (м.Кпів, 1937), owilnapl "Застосування кагсяатнчинх котодів та SÄ у ззарсваапГ {м..Тспіпград, 1937), Г7 літшй гкоЛ іфаід-’ивніз РЕЗ "Застоозваяля і^тгог-?ста*зшгх штодіз. у зварз-езянГ (м.Кпів, 1988), конференції а ремдгк конгрзсу ГЛЗ "Якість зварввзшга. Роль комп'ютерів" ' (м.Відегя>, Австрія, 1983), всесоюзнії! , пауково-твхнічяШ коніїяреіщи "МатсмзтігсЕї нагоди 1 САПР у звзрітаяькому итрсСтаїті* {к.СйчрдпоЕсял,-1983), сазідаші експзртної групи Hoopr^'U^c* радя та заа-рззгишэ СГСР (н.Шв, 1990), пезоедавому садтхьчшягояхчг секіпері "Застосування изїтаатпчгатх шгедів 1 САПР у звзрз-ейші" (м.Лсніпгрзд, 193t), есзсс”зніЗ пзуково-тохпічпій коїх-фарекціі "Шцзість 1 діагпосппсз явзр»not кснсгрзяцШ" (м.Тйорь, 1S91), 53СІДЕТ2ІІ секції "Кагемогэт® год&газингя фігтг— ' ко-хййяйиг процесів, створзшм «йзхів- д«гас, розра^унхэ-ВОЧЕфСрКЗЯШПЖ Í екйтеріняя СЕСГЙ1 -ß Г*3‘ЯІ r.ESpíHS3ITrí і сяорідкзнях технологія** (н.Кнїв, 1932).

ІГсзістйчнз цінність роботи. '.

і. Розроблена Kcan’urapsa отзгка дяв іЕЕс-шряах розрахунків на міцнісй» різшк кутаних ейз сішрзях з'едшь побу-ДОЗЕНіЗ па кодульнону пряёашяу. КсшкЗ модуль сїстсїтл прнсвячэ-нпй mmioaÿ rçay зварного з'єднання і дозесяяз Ефйцгвапг каї завдання : ■ . .

. ; - розрахунок грашпнс-1'o зеввящжяя тт ' кутозого ¡roa '

зварного а'єднання при статичних і циклічних назЕНтззеннях;

- перевірочний розрахунок на міцність кутового сва при статичних та циклічних навантаженнях;

- визначання оптимальних розмірів кутового иза при статичних та циклічних навантаженнях. •

Відповідне сервісна забезпечення, розроблене у систєїіі, не потребу« від користувача спеціальних знань 1 навичок роботи

3 персональним комп’ютером у галузі міцності зварних з'єднань, розрахунків ншрушного с-шу 1 дозтаяв оперативно отримувати необхідні результати при проектуванні й ііореЕірочних розрахунках иь міцність кутових шів різних зварних з'єднані,. Оп-тамізація .розмірів кутових швів при проектуванні за допомогою розрахункових алгоритмів системи сприяв значному скороченню об'єму наплавленого маталу при заданій надШсиі зварних з'єднань.-

2. Опрацьована комп'ютерна система дозволяє оцінити вплив величин залижсвих зварювальних шшрукень на граничну наванта-еєність 1 розміри кутових впзів’ різких зваршіх з'єднань при статичному та циклічному навантаженнях.

3. Розроблена комп'ютерна система дозволяв користувачу оцішші ступінь наближення ш чи інггах вихідних даиих проектованого з’вднання з кутовими овши на прішустимі навантаження

1 розміри ЗЕЕрЩіХ ШВІВ. ' •

'і. Розроблено рекомендації з розрахунку 1 проектування кутових швів зварних з'єднань Із використанням І1К.

5. Різні модифікації системи (у залежності від кодулів, цо цікавлять користувача) впроваджені на ряді підприємств машинобудівного профілю: . ЛО "Ваїїмзхіфх” (м.Вороиеж), ІЮО ”Цї)Нїр" (М.І.;!НСЬ1С).

ІГа захист вшсосіУ.‘Ься.наукові шзультатн 1 гюлокекім:

- запропоновані критерії граничного стену для зони кутового иш зварного з’єднання ігри ©тт-ачиях 1 циклічних ншанга-вдшшх, що ' дозволяють врахувати одночасно щшгк&хчу гостру иороі!.шку, багштліїсті/ иаиіН'їааеїтя і залишкові зваравалі,-кі напруженая;

- уточниш роирахуикозі схема длл визіючвтш зусиль (нап-

ружень) у кутових аваї • рі?них зварних й'цциань при гедонія, ногииапьіпоі навштаепнях: ■ ' '

- аігорипм розрахунку оптіпльних іюзмірів кутових шв

4

пря статичних і циклічних яавштаквнняі;

- алгоритм оцінки забезпеченості розрахунку в запектюсті

від варіації ЕІіл.ідяпх параметрів та використовувана ко-Сі*1іі.ієііт1п безпокн; '

- розроблена комп'ютерна система для розрахунку і ітроек- ' туваїгая кутових ввів зварних з'єднань.

Публікації. По темі дисертації опубліковано 0 робіт.

Структура 1 об’єм дисертації. Дисертація складається з введення, чотирьох глав, загальних висновків, списку літератури, додатків. Загальній об’єм склади 265 сторінок мзлшо-Шісяого тексту, 99 малюнків, 39 таблиць; список використапної літоратуря-гнізда 93 няйменуваніш'.

У введенні обгрунтовано а’ггуаяьність створення коїлх'ятор-іїоі системі для‘розрахунку і проектування зварних з'єднань з хутозими пвами. Показано наукову новизну 1 практичну цінність роботи. Сформульовано основні положення, винесені па захист.

-» пер-аїй плг,ві розглянуті існуючі підхода дяя розрахунку на міцаість кутових, свів вваранх з’зднянь, цс щеашяь прп с-іаотших і цнклічних наваїшхепнлх; пгроаіалізовані недоліки і обмеження в галузі застосування Існувчш: підходів; визначені мета і завдання дослідження. '

У другій главі обгрунтовано вибір критеріїв граничного сталу у розрахунках на ■ міцність золи кутового іпнз ззаркого З’СДНЙШГЯ При СКШИНИХ і ЦИКЛІЧНИХ ЕвЗШТоЖЗІШЯХ, розглянуто та проаналізовано за допомогою банку даних ''Механічні ягаста-вості зварних з'єднань", створеного в ТЕЗ їм.Є.0.Пагона ¿Н України основні параметри, що входять до критеріїв. .

У третій главі описало опрацьовані шшшатнчлі їлодзлі і хзраяврястЕки натрушеного стану, веклекнного зовпіенім зєвзн-тезсоїшлм у кутових пват звзрнпх з'одкєнь, що відносяться ЯК'ДО статично визначених, так 1 до статично Гбпизіияевих систом. Наведено Ілюстрації реалізації описаних підходів до різних тя-ніз з'єднань, розглянуто вплнз вихідних псражтрїв на розподіл зусиль у швах. Приділено увагу розробці методів розрахунку зварних з'єднань із слабонавактакенними шезмп.

У четвертій главі списуються т: ятеві розрахункові алгоритми для оцінки граничного стану кутового шва; наводиться зіставлення одержаних результатів' з енспврпмзнтальннми денпмя; описується алгоритм для сптпмізаціі розмірів кутових ¡звів; досліджується вплив залишкових напрузень на гранична наванта-

Eöiffifi у шві; ііаьодіїгься алгоритм оцінки забезпеченості розра- ■■■ хунку і досліджується вплив варіації вихідних параметрів на розміри кутових швів; стісується ксмп'юторна система-для розрахунку 1 проектування зварних з'єднань з кутовими щ’ами.

В процесі вжонаїшя роботи були запропоновані нові іш;е-нзрні підходи, ідо дозволяють на основі сучасних положень механіки руйнування розраховувати 1 проектувати кутові шви різних ЗЕарніїх з'єднань. Запропоновані алгоритми реалізовані ''на ПК у вигляді комп'ютерної система. . .

стислий зміст роботи

Вільність існуючих методів розрахунку зварних з'єднань із кутовими швамл побудована на попоредньому розрахунку напружень І деформації в перетлій кутового ива. При різній геометрії з'єднань і докладеному навантаженні необхідно warn чітке уявлення про розподіл напружень 1 деформацій в перетині вказаних швів. Це питання розглядалося у роботах Г. 0. Ніколаева, В.О. Вшюкурова, ДЛ. Навроцького, В. І. Махиенка, O.A. Велико-іезнєшсо, Ф. Фалтуса, Ф. Маоїнтска та ін. Оди ас багато що залишається мало вивченим, особливо для складного напруженого стану та в одержанні ефективних інженерних методів розрахунку.

Прагнення до онтимізації іхозїллрів кутових иніь у різних з'єднаннях з економічних міркувань тісно пов'язане з необхідністю оцінки несучої CIipOMCIStHCCTl зварних швів. Крім того, з'єднання іюшшне иати достатній запас технологічної іЛцності, ідо заоїнзнечить можливість виконання кутових швів невеликого ms ратину баз застос’і.ання додаткових трудомістких технологічних заходів. Цим питанням присвячений ряд досліджень

O.A. Казиміроьа, 0,0. Еагсш, U. Я. Зайцева, ß.M. Варшава,

• Ф, ФагіТуса, Д. Фічдорз, ji. Радаи та 1н.

Розробка in {.оноиішл підходів механіки руйнування тіл а зріщишш, відповідно до з(;аршііС з’єднань у роботах 0.0. Бакаш, М.Л. Зчйцбва, В.О. Биж.куровз, ß.I. Махнешга, В.Сі-Починка, Є.М. Морозова, Г.О. Вааи.ьтенка, Д. Радаи, Д. Франсуа, І. Уе-д ІД. Харрнсоїш, Ф.М. Бурдекина, A.A. Велса та 1н., дозволили розварити можливості роврахункових методів при оцінці еаарних з’єднань із вкаркіїими вище геометричними особливостями.

Наййілш часто руйнування елементів зварйих конструкцій проходить г.вазікриіьо 1 супроводяться розвитком плпстичнкх г ' ^ '

Д/Лормаїґй, що потребує ¡застосування підходів нелінійної механіки руйнування, засіюваної на пружно-пластичній поведінці матеріалу. ' ’

Для оцінки граничного стану *при статичних наваитх-іоннях уі роботі вибрано деогпарсг/егрігашй критерій нелінійної механіки руйнування, заснований на пропозиції Є.М. Морозова та Г.С. Ва-сильчеіша. Для багпгоосіюго напруженого стану його іютяа податі! у вигляді:

q+1 кіг.ах 2.

(£-) М^] ">

Р і'-іс ^ ■

ле Oj - інтенсивність напружень, КІС - в'язкість руйнування

матеріалу шва або протовно! ксіш, ц - виправлення, що врзховув

притуплення у вершині притягаючої порскнини, а також- обмезгШ

ЛІНІЙНІ розміри кутового 11333, при ЯКИХ ДСфОрМуваННЯ

відрізняється від вимог плоскої дефоржції. Використовується

така наближена залежність:

. і] - і]j т}2, (2)

де T]t= 1 прп г < г0; T)t'= ír/rQ при г > г^;

і]2= 1 при h > 11^= ш(КІС/ат)2; 1^= Уа^/п' при h < 1^,

г - радіус притуплення пороишщї, rQ = 0,1 т, т~ 1...2,5,

h - характерний лілійний posvJ.p'msa.

Коефіцієнт інтенсивності напружень киЄ у вераияі примикаючої порожнини зз теорією узагальненого нормального з1др:шу з врахуванням залишкових напружень Еизкачвзться таким чином:

Коі0 ~ [^КІ+ КІ^ с°з3 2 ~ 3(иц+ кп> sln 2 cos2 2 ] соа20 +

з + (K-JJJ--I- Kjjj! ооз 2 віп 29 , (3)

до Kj, Ktj, КІГІ. - коефіцієнти інтенсивності напружень від зовнішнього навантаження, K?, Kjj-, Kjjj- та к сама, ало від залишкових звзрювальннх напруиень, ш 1 9 - кути потенціального розвитку іріщини. н°“ обирається за умови екстремальності значення

Критерій (1) відрізняв наочність та зручність реалізації. Він добре узгоджується з сироко- використовуваним на Заході двохпараметричним критерієм Харріссна (рис. 1).

Використання (1) вимагав знання ряду характеристик матеріалу шва і зошї сплавлення, які визначають їх опір руйнуванню (tip, а7, KjC). Природно, що наЯбільа раціональним з врахуванням комп'ютеризації розрахунків з застосування банку да-

(О

о,а

0.6

0,4

01

V ¡5^ <ч*

область безпечних сполучень навсні <? ’зї:єння 1 \ 4 А чо \ V %

—Кр=/|-5'п • Г\П \ \\у \\ч

У М

І 1 1 \ і

0,2

0Л

0.5

0.3

{О 5г=оГ7вр

Рес. 1. Двохпаракетричні кратери в’язко-крихкого

руйііувапяя

ш:х за реальними характеристиками о , от 1 К^, оїрншними у відповідних, експериментальних дослідженнях.

У таперіиній час найбільш складніш в пошук величини КІС* що характеризуй опір матеріале крихкому руйнуванню, току в ро- ' Ооїі розглянуто можливості наблішекої оцінки величини К1С через стандартні характеристики матеріалу. ■

Прк циклічних навантаженнях на даній стадії удосконалення розрахунку кутових швів пропонується обмежитись умовою нелоша-реності тріщині. Це дозволить з певним ступенем консерватизму використати достатньо простий критерій у вигляді

=■ 4К

ги(Е-о)

/(Н) при ьмо

коефіцієнт інтенсивності напрукань при ш -„и,, 1 0

до

и®ах ЛоЄ

що відповідей

їрііцИНіі, ДК

м,> _

Ча)6 ~ 0)0

К

иб

_ і;1 = Н,

-іі)0

(1

**»

Ю

6=6

(4)

найбільш можливому спрямуванню розвитку порогові аітчвішя розмаху коефіцієнтів

інтенсивності напружень, Б - коефіцієнт асиметрії циклу, f(R)

- Функція, що враховує аітлиа коефіцієнта асиметрії циклу й на З ■ •

i!4h- ' .

. При "коротких" тріщинах, розмір яких суг^іріпіїї із структурним елементом матеріалу, критерій (4) eras неприйнятним. Кількісно оцінити розмір "короткої" аріщини можна набликепо з зиразу

. г ДІС+и -v . ■

7 < ■ ■ (5) де oR - граничне напруження, ідо не викликає ініціювання тріщини під втомленості у даному-матеріалі. Звичайно, гострі пороя- , пшіи, які примикають до путових швів, виходять за межі "коротких” трицка. '

При побудові . розрахункових алгоритмів визначення зусиль (напружень) в кутових кьах, відповідні з'єднання у роботі розподілені на дві групи: статично визначені 1 статично новиз-начені. Особливу увагу приділено розрахунку зусиль (напружень) . у різних з'єднаннях Із кутовіми іизами, до вимагається притягнення даних з дгформзц!Я з’еднуеких елементів, тобто сполученням другої груш. Запропоновано ряд розрахункових алгоритмів, в основу яких покладено припушшя про прукно-пяастк .ну по-ввдіїпсу металу шва 1 пружної піддатливості з'єднуваних елементів. -

Крайові задачі, що виникають, у загальному випадку .розв'язуються чисельними методами з використанням матричної прогонки. Фізична нелінійзість, обумовлена пластичним бігем зварного іава ери ступенеЕОму законі амідненпя, реалізується • шляхом послідовних наближень. Опрацьовані алгоритм в достатньо ефективними 'з позицій виграти машинного часу, оскільки отримання ріиення, навіть у найскладнішому випадку, вимагають не білі-ге кількох секунд PC AT 285. -

Зазначений алгоритм вкивает для оцінки зусиль як у несучих путових швах-різних зварних.з'єднань (з’єднань внапуск із несиметричними фланговими позив,. 'яра сполученнях Тактових швів з лобовими, для таврових з'єднань J т.д.), тше і для сяа-боназантааених кутових швів різних з'єднань. Останні вельми помирені-у сучасних зварних металевих конструкцій, і практично' не існує інженерних мотодів розрахунку з'єднань з таїпмл кутовими ивами, остільки визначення зусиль у слябопавантаїкіних кутових ¡пвах, навіть. у найпростіших випадках, поз'язпш із розв'язаїшям статично невизначного зшдення, тобто достатньо складного. .

У роботі пккснакі чизельні дослідження і показана специфіка розподілу зусиль уздовзс слабовавзнтзжених изів різних з'єднань,

На основі узагашшиия наявних даних, отриманий Тисплыш-мн методами або в результаті наблікешпг Аналітичних ріпень, наводяться рокомсчгдаціГ для екзййчоння коефіцієнтів інтенсив-пості imnpy?.sT,;b К^, Kjj, для усіх типів зварних з'єднань, ідо входять до кс,ш'втерлої системи. ■ '

Розрахунки па міцність в опрацьованій комп'ютерній ■ системі ¿здуться по граничному стану, визначеному іго наведених вища критеріях Із використанням розрахункових даних з інтенсивності . напружень і коефіцієнтів інтенсивності напружень. Ступінь.вірогідності розрахунку граничного стану прь статичних 1 циклічних навантаження^ оцінювалася зіставленням із відповідними експериментальними даними з робіт Ф. палтуса,

В.О. Винокурова, 0.0. Бшііш, Д. Гйііуа та ін. Розбіжності по граничних навантаженнях не перевищували 10 % як у випадках достатньо в'язкого руйнування, так і при відверто крихких руйнуваннях.

Можливість досить ивидко отримати шляхом розрахунку інформацію про гршнчний стан для різних розмірів кутових евів при статочному 1 цшиїїчному навантаженнях з прийнятною точністю' створює передумови для використання алгоритму визначення оптимальних розмірів готових изів за умови одночасного настання граничного стану 1 мінімального об'єму, наплавленого металу. У загальному випадку реалізація алгоритму здійснюється чисельно методом послідовних наближень. В результаті можна отримати ідеальну форму кутового ива. Природно, що здійснити та- -. ку форму технологічно складно, крш того у зонах переходу Ф = 0 1 <? '= фк (рис. 2) можуть виникати небажані концентратори напруаекь. Тому доцільно "ідеалізовану" форму h(cp) замінити більш реальною, наприклад, описаним трикутником ір катетами Ку

1 Ks (рис. 2). Величини Ку 1 Kz визначаються за умови, що з усіх можливих описаних трикутників треба вибрати з мінімальною площею нашивки '

f ?н = 0,5 Ks(Ky + Н ), (6)

да К - глибина розчищання кромки. .

' Реалізація опрацьованого', розрахункового алгоритму на ' персональній ЕОМ не викликає Істотних, утруднень, що дозволяє використати його при розробці відповідного матзабезяечєняя для 10

Рис. 2. Характерні розори форми пзрерізу сна

широкого інженерного користування 1 знизити об'єм наплавленого металу приблизно на ЗО ". •

В існуючих катодах розрахунку оьарнцх з'єднань вплив залишкових зварювальних напружень на гранично навантаження і розрахункові розміри кутових швів, звичайно, но враховуть, оскільки при статичному нав,'..¡такенні граничний стан для металу кутових їїеів настаз у етапі, коли залишкові напруження Естигають повністю релжсузаги, а при циклічних навантаженнях руйнування відбувається не по металу шва, а по основному металу в зоні переходу. Такі уявлаанл не завжди достатньо вичерпно характеризують варіанти руйнування, особливо при наявності гострих порожнин, що примикають до нэтелу аса. Запропоновані у роботі підходи дозволяють оцінити вплив залшсових зваряааль-іпіх напружень на граничне насантакенш та оптимальні ровміря зварних швів при різних видах йавйнтаташя. Ноказшю, що ири статичних навшивконнях вплиг зджіли&ич яваравкпышг напружень виявляється, т;г,;о о відповідні уиоізл .го окрнїчунаиня; наявність гострих пороки«н, ьисокої границі чекучосгі у сполученні З ВІДНОСНО невисокою fl'flSKltTO руйиувашш 1 М20ШЩИЫ перерізом, а при циклічному навантаженні вплив залишкових напружень на величину граничного павшітакзния виявляється тільки через зміну коефіцієнта асиметрії істиного циклу пввонтадан-НЯ у вершиш ТОроЖЬ ,НИ, ЩО ПрМ.ИК88. .

Розвиток оільи досконалих методів розрахунку на міцність ттресув притягнення цілого ряду параметрів, по яких проекту-т.пльчш маз в своєму розпоряджанні досить приблизну інфор-

' . , ■ ■ ■ 11

иациз, цо, природно, - не еовшяо відбитися на заданій забезпеченості розрахунку. - .

З аналізу мінливості механічних властивостей 1 геометричних розмірів кутових евів в роботі обгрунтовується необхідність врахування варіації вказаних параметрів при оцінці . Заб93ПЄ»ІОКООТІ рОЗрбКЗгЕКУ на міцніс-гь кутсішх швів зварних з'єднань. Запропоновано підхід до оцінки забезпеченості розрахунку граничного навантаження і оптимальних розмірів зварного кутового шва в залежності від Еаріаціі вихідних параметрів.

Враховуючи мояливий досить великий розкяд коефіцієнтів варіації геометричних розмірів і механічних акзсткзоотей у ш-талі шва, одержуваних у різних, умовах, більш обгрунтованим в розрахунок таких з'єднань не по заданим коефіцієнтам безпеки, а по заданій забезпеченості розрахунку. '

Показана, що з допомогою двохігаракзтрпчиоі'о критарія кок-но оцінювати і тргзалу міцність кутового пва 'зварного з'еднан-ня, особливо у випадках, коли деформаціями повзучості когша знехтувані. ,

: У підсумку, результати виконаних досліджень лягли в осно-

ву опрацьованої комп'ютерної система для розрахунку 1 прозкту--ванкя кутових швів зварних з'єднань. Створене сервісне -мзтема- . тично забезпечення максимально полегшіть роботу користувача, пз шмагаючи від нього спеціальних знань в галузі математики, изханіки руйнування ксгш'ютериоі техніки. Від нього потрібні лиш знання, безпосередньо пов'язані з проектуванням ззар^лх з'єднань: умови роботи, номінальні навантаження, п;о діють па ' з'єднанім, механічні ЕласпіБосїі, геометричні розміри. Більа того, яіщо в•будь-якій з потрібних величин є невпевненість, та ' , могла гадати' цю величину наблиаено, визначивші границі И варіювання. .

Розроблена кош'втерна система для іккенершіх розрахунків на міцність різній кутових свіа зварних з'єднань, побудована за модульним принцшгон. Кокск модуль скотьми присвячений певному типу з'єднання і дозволяє розв'язати такі завдання (рис. 3): . .

1. Розрахунок граничного павантаяешія зони кутового евз зварного з'єднання , ера статичних навантаженнях. . .

• 2. Розрахунок граничного казгштегвння вони кутового шво зварного з'єднання пра циклічних навантаженнях.

3. Перевірочний розрахунок на міцність кутового ква прк 12 '

етатзпшх ікшаїггсі'їонг :х.

. 4. Парг-гірочшїЯ розрахунок ка міщїість кутового гг з- при циклічних псзангаженпях.

5. Визначення оэтодалыглх розмірів кутового nsa пра ста—

пгчїпік пг£Шіта”:еянях. •

6. Бнснпчешя оптшальнлх розмірів кутового кг-а прл

ЦИКЛІЧНИХ ЕВВ2ИГ '"ОШІЯХ.

Зя рахунок відповідного сорвісГгого габозкочоция використана система не потребуз від користувача спеціеяьшк яевн-чох робота з пэроонаяьнвм номп'ютэрсм, вона працоз в діалоговому режимі і дозволяв оперативно отрянугатп 'необхідні рэзуль- • тати. -

СТРУКТУРА тир СВОГО МОДУЛЯ

S* а 1 2 3 4 f 3 е> ' 0

5

MSXAH ІЧНІ властивості

v< Ч S3 ГЕСМІГТРИЧНІ ПАРАМЕТРИ НАВАНТАЖЕННІ, гпа»ЕТР;м!ії ПДї’АГїСЛРИ клвд!ітл.!';£і!пз

P УТ 5 ? М, І Ъг 'іїї, «и '

ylf n ô;, КаЗ A'ÛJ 3

са J îvîj3 ÆKiuS

ïft X tf РЭ (IL ГРЛІШЙЕ ¡ІАЗАИТЛЯШГЇ, ЗЛБЕЗГКЧЕ- ' місті* КОЕФІЦІЄНТ БЕЗПЕКИ опїимшііі • РОЗМІРИ. "«ЕЗПЕЧЕ-HICTÎJ

Рис. 3. Структура тяпосого розрахункового модуля ком-іґихоркої систмч . ' ,

1. Ксш’юїзрізація проектування і розрахунку кутових пнів

зварних з'єднань коше досягти найбільшої сфекишносхі, яіїщо при цьому користуватися новішії підходами, які враховують рз-альшйі М9хшізіл навзЕїгагвкня 1 руйнування, але в мезах існуючих кожшшоетвй для ішзиерної практики. .

2. Для практичних розрахунків ■ зони кутового- еез здзраих

з'едкаяь кз основі сучасної моханікп руйнування тіл з-грЩшга-

і.пі {запропоновані критерії грзшічпого степу при статичних та іщйлічних навантаженнях, що дозволяють на відміну, від ршіізіа відомих робіт одночасно враховувати бзгатоосність напруЕзного стану, задакові вварюваяькі напруження, прімикевчі гострі т-ражшзлі. ' . . - ’

3. Користуючись мо&гатостюді сучасних персональних., комп'ютерів, пропонуються угочкєні розрахункові схеми для

' оцінки зусиль (напрукень) у кутових' шах' різіш: зварша ' з'єднань'ще заданих номінальних навактакеннях з врахуванням ' пруано-шазпічної робота матеріалу иза 1 пластичної підцаггли-бссгі з’еднувшшх едзмзлтіїз. " ■ .

- 4. Результати апробації розроблених окремих розрахункових

схем шіяхом зісхазлзішя з вгсспврамошвльшаш даними різних ав-гарів пра • оцінюванні грашгашх навантажень свідчать про ' достотне. вірогідність оїрниаиаг шихои розрахунку даних. Опрацьовані розрахункові схами дозволяють враховувати характерш . оообяезоогі нштазувапня і дат добра узгодазния з екссори- '

. изтом по граничних навгзтізн^яг у кащщсах, дз застосування' рзкокепдзцШ БШПу призводять до сутасзж поррИшостеА. \

5. Для різшіх зааргшх з’єдншь з кутошма ееши розроб-■коні сягорзша епзнзчєепш шшзшшіх роа*ліріз звариш: свіз ери plsEHx ввдгх. вазгзгшення. Иаагавіш» оіршанЕя на . стадії проегяЕуЕапая рекстздецЩ стозошю опгшшьшпе раагмрів і форт,5! кутового езз сараяз ешеєннк об'єну наолазлокого изта-г/, ензргвтїїЧЕПХ і ірудавах к:гр:л яра еиготовлєіцні ззаріпо: '

' soscspjiauS. Шш&апо, цо б ряді шшвдків оиіймізація possüpte '■ куговк. ввів у порівнянні з БНШу дозсодяз smt-

Ш сб'си ИШЛЕЗЛйЯОЇ'О КЗШУ 2 сзредаьсму ка 20 S. -•• • • б.'В розра&гізкнх шада ваагаї. саязвЕкшг вЕзрзгіяьанх вшрзззнь вияшшеїься .пра каигашк шгзатаггивях,' якщо є ЕідатідШ укоан до'оаїкщшззая, гоб-ю шбшсіь roesgsee по' • ' ■ • . ’

реалія, високої грс-тщі ївКУ«ОСТІ у сполученні З ЗІДНОСЗО по- ' виеохоп в’язкістю руПіушпія і игісігпіпт перзріасн газ.' Ярл циклічному яетантатаай шшпз поперзчнпх саляпковях напру-кзпь па величину граничного нйвшігс^нпія ьйяеляється лиш че~ ’ роз зміну коефіцієнта аспмотрИ іетлнного .ци-лу иазанхгяітя -у г.аршіші пр;іт:каг/чаі порожшпш.

7. Враховуєш відверто стахаеткчний xajmrcp вякорястову-' вапої просіиувальяаксм інформації етосовяо громдірячяпх розмірів зварного ЕШЯ, механічних ВЛЗСГІГЕОСТСП ЙОГО 20ЩІ j діичях пазоягакень, в розробленій комп’ютерній системі рсзра- . syimy за міцність зварних з’вднзк^ передбачено алгоритм сшшсі ' ссбсзпочсності розрахунку па пийбільа харда'і ¿ря^м ядрзмзтрсм. ’

8. Опрацьована комп'ютерна система для іішпоріпсс розра-

хунків на мщпість різянх кутових швіз зпврних з'єднань, в якій спйпучаитьзя сучасні підходи і-изхакігл руйнування тл , чясапьяі методи реалізації розрахунків. Система побудована за модульнім првнцшял - ксяея кодуль сисг0."и прясвячет£й скреготну типу з'єднання. Ra рахунок відповідного сервісного забезпечення система дозволяє оперативко одвраувагя азобхідву. 1чфор-ї.'ЗЦім, на вимагаючи від користувача спеціальних спань і . неви- ' чок робота з. порооішльтал ксиї’ютерс!,!. * ■

9. Підготовлено "Рекекєндації. з розрахунку та провктувая-

. ня кутових авів зьершп з'єднань із втаористагаям персональній . ЕОМ". ' ■ . • . ' ■

Основний зміст дисертаційної робота відбито у таких публікаціях: ' ' . .

. і. Кзкішепіш V.l., Pochlnolt V.E., Hyabchult ?.G. CcnputeraJded system lor ill lot welded joints // Proc: Intern. , Coni. on Improved Reldraent Quality with Special Reference to Computer Technology. -- Per/jamon Press, 1938. - P.И1-19.

, ' 2. Малієш» В.И., Рябчук Т.Г. Нощентрацяя катляивний у

>1 концов флангевкх клон // Приманений мйт'маткчссдак методов в

■ саорка: Сб. науч. тр. - Кяев: ИЗО нл.Е.О. Пагона, 1938. - С. -б1-67. ' , '

3. Ооворпізяотвоввішо мотодоп ряочвга сварннх соодшіоїшй о испольвовішиєи сооїеєтствущях бвякоз давких и персональних SEM /Б.¡1. Магпенхо. П.Е. Починок, P.D. Носаикко я др. // Тау, se. - С. 102-111. • ■

•4. Рябчук U.V. . йокяьвтарнаа сястеиа для раечота я яроек-

. ' . 1G

таровшшя свзрянх соединения с угловыми .ивами //Математические шгодо и САПР в сварочном проязводспзо: Тез. докл. конф.

- Свердловск, 1990. - С. 84.

. 5. Кахненко В.И., Рябчук Т.Г., Починок В.Е. Совэршвнство-ваике нетодшга реочэта на прочность сварных ооедашэниа с точечными вва.чп // Автомат, сварка. - 1990. - К 1. - С. 9-14.

6. Ыайюнко В.П., Рябчук Т.Г. Баяшшвроэздвя раяога

сзартас содДКЕенпй с угловыми шзкчн // Автомат, сварка. -1991. - N 11. г С. 1-6. ■ . . -

7. С&шюпко В.И., Рябчук'7.Г. Обеспочеяносгь расчета к размэра угловых квов-различите сварных. соединений // Автомат, старка. - 1993. - III. - С. 3-6.

' 8. Ыашзнйо В.И., Рябчук Т.Г. Влияние осяакяйш: свароч-

ных напряжений ка нредельнуш нагрузку. и рзочохшо резмора посущж угловых швов сварных ссздкнекай // Автомат, свергся. -. 1993. - II 3 (в пачаш). • ’ ' ■

9. Рябчук Т.Г. Компыотзрнал систола для расчета п проектирования углов;« исоа сваршх озэдиввзшй {в печати).

. ' Особиспїґ' внесок аятот». Сім о дев’ята робіт написано у -співавторстві, даї - самостійно. В [11 запропонована »зтодпка оптимІзаШ розорів кутока: ьзів за допомогою ПК, 12] тжсвя-чонз дослідженню розподілів капруконь у кінців флангових евш; у С3 - б, 9] наводиться оішс структури комп'ютерної сксїшіз,' аигоржз., на основі • «вас виконані чкселыи досйідаапня, зісїазлзша опкшззшс огстсм розркунку Д5ШЕ 5 експоряз.г.і-талыикш, у (7] запропоновано алторші.; з&базпачкшоеті розрахунку, вивчзно еіінз аіЗвапз'чвносй розрахунку і варісціх вяодаюс парайзтрів ю розмірі шсучих кутоззх швів, у [8] оцісаао шяав 8шзекобкх звсрглуцдах непрушяь на несучу СПроШійЦЗЇЬ кутсиого ЦВЗ. ■ '

14

& Iі

П1ап. до сруку 02,03.93. Формат 60x8^/16, Пая., офс* № 2* Офс» доук. Ун* соук* срх* 0,93.Ум» Озр5о-е1д5. Г,16. 05я.-внд. вок. 0,96. Ти-р&ж»Ю0 прт. Зам. 139. Бвзкоттоено.

1ЕЗ 1м.1.0,Пзтома. 252650 Кн1в 5, НСП, вуя* Горького, 69. -

ПОЛ 1ЕЗ Хн.С.О.Патсна. 2^2650 Кн1® 5# /■'.СП, вуп.- Горького, 69.