автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.06, диссертация на тему:Расчетный метод определения общих деформаций крупных сварных конструкций на основе функции усадки

НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК УКРАИНЫ Институт электросварки им. Е. О, Патона

На правах рукописи

МАХНЕНКО Олег Владимирович

УДК 621.791.052

РАСЧЕТНЫЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБЩИХ ДЕФОРМАЦИЙ КРУПНЫХ СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ НА ОСНОВЕ ФУНКЦИИ УСАДКИ

05.03.06 —

технология и оборудование для сварки и родственных процессов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Киев 1996

Работа выполнена в Институте Электросварки им.Е.О.Патона ПАН Украины

Научный руководитель

член-корр. 11АН Украины Л. М. Лобанов

Официальные ошовввт

■доктор технических наук А. Я. Недэсека

доктор технических наук, профессор В. Ь. Прохоренко

Ведущее предприятие

Киевский государственный университет ем. Т- Г. Шевченко

Направляем Бет для ознакомления автореферат диссертации штанора Мшзенко О.В. Просим Ваз и сотрудников Вашего учреждения принять участие в Ббсодант сдацпатзнроэшного совета ила прислать свои отзывы (1- акз., ежеронный печатью) по адресу: 252650, Кпэв-5, ГСЯ, ул. Боженко 11, ученому стфетард споцоовота.

Зашта состоится ' №, 1986 г. на ¡заседании спэциаагзцро-ваиного совета (К50.02.СЙ) прп Институте Электросварки ш.Е.0. Пагона.

С диссертацией шшо ознакомится в научно-техшческой библиотеке инстшута

Авторефэрзг разослан ^ 19ЭВ г.

УчеНЫЙ СйфОТБрЬ шэциализщхшанного совета, доктор технических наук

Л. Л.Бондарев

СоДЛЯ лАР.ЧПШКГПКЛ РАБОТЫ Актуальность рпбот». lb протяжении воой ксторга распития свпрочиого пралсводстзэ одной г.з есношш проблем било обеспечение точности

ЕЗГОТОВЛОНИЯ coopreix коисгрухияя. ТрПДВДЮНШда (>'9ТОДИ - УВОЯИЧШКЭ

тоетин, удапеше припусксп. гатальилч пряже - » посяшдов время но яшшюя отго.'элисш! из оообркхениЯ трудо-, wiopro- и кетшиюемкосга c3spnL!X конструкций. D этой спя;?.;! вгартстгот интерес к оффогаяшшм средстпш прсгксшрозашя «шдоемьпс деформаций и разработки соответ-кзукзях тахпсг.оптчпскпх кзроприятай no их прадупроззденпга.

Болк,:оэ количество схспори'фитаяыот л 'гоортичесгавс ксслсдова-пгй пэ псолздш!') 60 лет позволили установить осношшо саксномернсстл в обртасвсгсд сксрошшх дрфорямА типовых сварных узхоп, получить каштссхЕйЗипко згякстеети для осаслшх видов дсфоркцпй от различиях ;:сп«лру1шгйш и технологических юрснотров.

Том но г'оноо вопрос количественного прогкознровегия деформаций достаточно круотта уагап \и?л текшй с Солдата количеством сверши "Л:сэ осявотся спо вг'съкз сит км для итисоиорного пртшония. Получо-1пгз эвве дощш 'лсспоржзнтпльгплч путем требует больетх кагорсалшя: -еэтраг и позволительно только при кассовом протоподстзэ. Ислольеозп-1гпо рссчотких ьзтолоп на оаюпо обтях модэя>3 форилрозшия сзаро'-пш д^Гор'япЛ ( мэтоди терттсгп^июгп!) для круешз: конструкций сопря-гепэ с болизия îpyj'jincra:-? игл ií&cc¿t:octdi?.:o дзет прл соарокоппсм урозтгз «ткоап&яьиоа тошигл к чисшшых глто.гда рзгшя.

Б нзсто«г.?Я робою продпрггкятз пеппткэ д-зльпгГгсй проработал на современном ¡^ролр.о кзвестсЛ щш фупнщя усадки, оаяатеЗ з тем, что усадочные явлрння прл еззорко конструкций форгарухсл в достатач-по лиапьчсЯ области и определяются сгршпчегапя.1 количеством пог:ст-руктшшх и тохнолог.тческнх пзргмэтров, т.о. «зло згзпея* от сСтях рзсгорся 'л форм конструкций. Псотому фушеида усашсп maco еародаеть ^хпоригошалшпм путем, лдбо аютоотстзуэядкк рспевйяиз сатэтп тор-

мо'пл'тгдгшосгл ИЗ гфослк СбрЭЗЦСК «гпрпчх СОй/ГЖСЯПЙ. СЗШ* СПрДО-

ляатся обпив доформгвди р?ссу:лризгсг:оЯ конструктам о учетом сео?-вэтазувппзс ФукжШ усадгея в полз спорши проз. ОСтпто при этом пользуотся ачпзргг тоорта упругогся. Рсзпптсэ шдас^шдаой -тохготся и котодов pccenní! kîsti тоорта упрзггеш ^т^ежгшто р^фягот cçr?®-гиосп! кспользсиг1шл готодоз $jimi"rA усГ'Пггп для долзго ргпз езгр^тп ■ коноруяЕ-л, щщотапягаа ûxvrciï хэттзрс-с.

• Полы? дпссорггхк'.огз'сЯ рс^ои глжуяа попого рхчотпоро

!!зтодэ опродолйсгя оСэтх язфоргдаП к^гй^я ройтгрткцдЙ 1Э

кйгс<ш1схкя ( m'¿о.. .Zïiî"^, 'ю ссзсзэ яяягяя ФутатЪ

усэдяя для шг*да"о,«!арнаго суз.

В соотштстшл с ио.яью в ризою решайся слолумим 1} ицбор радкшяшой структура функции усэдод и оаиха дапшх дяя оарэдхйенкя ье копичссшишш хьрйчториспк с учдеш оообошаяой к шашшоагой компькхгоршх мэгодоо;

Й) создашо ралвтинх ькторцтмов и ирогргмлт» Ьбоспечюш дкя про-июзировтиш обанх доформадий типовых сворных уагш; баяочишс коп-саруювй, плоских шэдй, »ашацртши ободочек; G) ссщшио aíiropuiMoü и прогрсмлного обоаючедая для оценки обоеш-чеикосяи прогноза из-ua вариедда шсодешх даек по хер-шсториспйсал фуи 1«ш усадки;

4} россшгроиий хвршаоршх пржороа хдзшйюжу! гшрэзотагшого колода рос-юга обдих даворздпз соаршос копсзрукций.

Научная inmiCTia:

1. разработал новый катод раочма ойяк дофор^ццмЛ крупных сверши конструкций то мжаяистових апешшов на оснозо ©адыаоа Фушадаа усздш. которая является тензорной валичшой." Нокезшо, что Фупкцщ» усэдки опродаляат чогаро тра»!щ;ошыо хьрзтрзагаш - продольная усэдка, потрьчная усадка, продольная и пшорочназ угловые дофорьедии.

2. Дано обцоо шгоштчоскоо ошкянио задачи опродапения пэршмшшй р:ЛЛИЧ!ШХ ТОЧОК шорной конструкции, В основу которого ПОЛООМЫ обшо подходы теории упругости с доюлшяояьнш тензором условных пясстичо-ешх дефоркадай, продолшо оосдродоточопшя по оса сварного пза и кусочпо-гюсяшша по его длин о. Тасая идеализация позволяет максимально формализовать поиск реш&шш и использовать соошжявущоа шпа-раг таории упрутосга, чю вашо при Солызом количество сварных шов ií вп£.Ч1гшлышх рооьярах сварной конструкции.

3. Ib основа общой постановки разработай расчетный авторам! и создано прогрошюо обеспеченна для определения обвдх деформаций сварных . балок, плоских секций и джшнлг цилиндрических оболочек. основании сровнония результатов расчетов с окгавршионталышми дшюши, угашоа-лзно, что разработанный коз од позволяет подсеть ресчегано данные по шреизаониям для различных еввраых узлов с точностъа в предела »10-15X.

4. Разработан подход сделка вариации расчетных порешавшй сваршх конструкций с учетом определенной сгохвстичност походных данных, связанной с ОПрОДйЛВЕНШ фуШСЦШ? усц25ш, ПОЗНЦЕР'ЧЗВаШ'.бМ hr,iíbhpi:í32!}í¡"ie иломлггов и т.д. lía основании проведенного иейяэдованая остаточного В^риаруешго состояния крупных сварншс плоашх севдй установлено, 'чю í4£«ktk3Bkh етособсйч! повшюши-вароятаосхи качвстзеяной сяыкозет продольного набора при стыюзхе ахащ'А каглу собой, а весев вароят-г.'зетя качвегш&нной установки шпарэчкого набора иа плоскув ехжщш с продолыкм hoöojx»» является ко'.иенепц;^ евг'гочию: даформацкй на рсио-

г:et rijxn:-^.?, п^тг лт-л'; го пг:! гос/ легл'ор'::; ;;:Ло;р:; n::o;;ir;">

v) r::v¡'-v; ■■:_■■ п-.-р-'Г-лс-чил.

('."':> í :ùr.'i;7-irj".: лрл'н'плслп'л:; 77Ш!ОлОР;:п ¡г<:о-c::'-p?vx :.í о;,:"ос;г':;гго

пСт:Г' ¡rp'™—"-'j;,.гт Л г'i П млтпц rrn<v;;

-, т...;, г- г--.--,- '-''7,'•>:!!." I? Т"'"'' '''Л (yvpyj'r.íwiüírrm

ЛЛ\-1 {'Л:";, п 'ГУ'-'"'; î.p " ir-''írjil'.'.í'с:Г' Kü; ^-.^Г;':-.' Л

^ ■ ,-гл, t 1 /:} "I- ;?yV: ;Н':У (-Лгг;:;;-

•■!'.) Л :: ) -, /.. ; : < НТЛ (-Л I).

Л !. 5Л-Л

< Ii -,,.-. , , ;хЛ«~>:-; c'v^'Jí í'viv-ui"" -Лч К^чугр'-

"Г ' ' V >н ОС;":»'"! гпЛ'77ГНСЛ Лу-гтип;

Л, .V. -';(■ Л'•! ' опручоллтлч <Vvvr:.4.v: :с<т->

г -'V.i-'ЛЛ ' " ''х о'" !..-7 "оч.

Р. !:'Г;лОл 'P-;-r"--;;7ni"7'j7\i p^rrs'i? плг'ллл,;':'-Л! случ!:"

г л.;;-;-":-л. г го-;; i::r:o:~ "г/.;.¡-у.1:.

:ЛЛ'Л:ЛЛ1].1Г Гл.

'Лг....... Î -'7 -~¡ ЛЛ:' в 'Y" :>;■';" Ç Лл;:'"-

лл'-л .;'"?- " "-г'Т'7" ;> ггг'î-::"'-"-''-

, - ,._.-.. ^ -, ,, . rr-, Г - " -, ■'. V ; ' ; t " V," ; ' Л " f 7,

....., ЛЛ'-Л1 ;:,л:г " р7 т"ЛТ Г-,у;--;^ ГЛОЛЛР/ , ? ЛЛ7'7ЛЛ7! !РЛЛ

С—7, 1 Г"-}-

г,, , ,,,-,,.. r.,rr-r_.7-;;г7'> ú т^ ; С.

_ -7 :: с-:-"-' - л-'-;;у ссЛ: Л"-7 г !ЛЛ

■7:Т"'Г.'Л •"■'■ 'V' "Л.*1. Л ••'.V7V:\-:, Л '-.7 ;; 7'./С - -Г'7

Л - :л,7'~ ;"■ ' г.:Л'7г:о:-'':;;; ¿^'Ллг'лосч^ гсг;;""');-л* :■■■::■ г r.7'~.:-:7í -.'I ;;.т\рг::,\ f-'.;/т.-"у.' .-г"--;-"-

V."-' ' ::;■;;> 7--. ' З у'-,"' • 7 7;* •

ев описание нас тоюорюй вияичшш и даны рвкомовдвдиа ш ояредалвшо;

количественных характеристик. Обоснована целесоСразность создания ' банка дааш для наишония количественных характеристик фушщии усац-ки и продлссюна его Оан>вая структура

В T]x¡TU)í! глазе даю описание о<5а»й постановки задачи опредолшсм деформаций на основе тмюорной функции усадки. Описаны разработанные расчагсшо алгоритмы для Оалочнш конструкций, плоских секций и цилиндрических оболочек. Нршшдоны дашыо расчетных исследований деформаций различных сварных конструкций.

В общих выводах кратко сформулировггщ результата! работы.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЙ РАБОТЫ Традиционные метода обеспечения точности сварных конструкций требуют дальнейшего совершенствования в нщххиютт снгепения шюрп-елъных, энергетических и трудовых затрат. Значительную роль в ото;,i должны сшфать эффективные метода прогнозирования окэдаэзюя дефэр-

Аналитический обзор литортури в нерпой главе показывает, что с некоторой условностью сутествухяи» метода прогнозирования деформаций сварных конструкций можно разделить на две болыгое группы.

Первая группа объединяет расчетные ююды, основанные на рассио-трешш соответствухваи задач те^шлоийчносте, обусловленных сваро-чнш нагревом конкретшх сзаргш узлов.

В целом, трудошдюсть решений, основания на методах теории тер-шиасямносхи достаточно валика, поэтому для крупник и слоеных сза-ршх конструкций но реально применение тасиг. подходов. В опредолзн-rní! степени дгл крупных и сложных конструкций более перашишны метода второй группы, не требует» кропотлкно.Ч процедура просакетшшш развития упруго-пластически деформаций.

Ко второй группе относятся расчетные ютоды, основанные на зш-пеп фупкцкя усадш от конкретного сварного сва п аютвэтстзуешлл расчетном Ешараю { обычно на основе теории упругости) оценки обсзх дофс^пщ-й дая конфетного сварного узла от, указанной функции уезда.

Сдай из порзых работ, гдэ Ешолъзуотсз ьэтод расчета ссгагочных евтягакх доЗоршцй! п шцряггшй на основа фунгащи уевдкя, явлдат-«;. ся pato® Е. О. Блюза с ссярудшжаш, оцуОликсешная в 1936 году-

Естественно, что различные последователи при расчете остаточных . сварочных вацрштгЗ п яэферзщей по разпеад подходят в сшкшеэ усадочных яахшщй, шзвйшшх сваркой. Соотбэтствонно и ндавшия их шщдак достаточно разшэ: шгод фгативной.усадочной сила (А.Г.Нико-££0в, И.П.'|рочун, В. А. Бнаокуроь), штод фиктивных температур (В.С.Иг-

натъева), метод условных дислокаций (В.М.Прохоренко, К.Мэцубуши),. метод условных пластических деформаций (Я. С. Подстригач, А. Я. Нздосека), метод задавши зон равномерной усадки (Т. Б. Талыпов), метод задшных ' объемов укорочения при сворке (Н. О.Окерблом, С. А. Кузьмин®, И. П. БаЯ-кова), inherent strain method (y.FuJita, T.Nomoto) и т.д.

Основным преимуществом такого подхода является возможность аналитическим путем, используя математический аппарат теории упругости, находить резгение достаточно сложной задачи. Однако достоверность решения зависит от удачного выбора функции усадки.

Анализ литературных источников показывает, что из сварочных усадочных явлений наиболее изучены простое случая, связанные с продольной либо поперечной усадкой и угловат дефоркадаяш. Однако, нет соответспзущих обобщений, на основе которых ькжно Есполкювать накопленные экспериментальные дшнно по алементарнш харштериспикЕМ усадки для определения изменения форма достаточно сложных и крупных конструкций с большим количеством различных сварных швов. Также, отсутствует ссответсгоужоо проблешо-оркешированноо прогрешноэ обеспечение для инженерного прккненяя.

В света оказанного формулируется задачи исследования (да. стр. 2).

Вторая глава посвещенз выбору структура функции усадки И рекомэ-вдвцкям по определении ее количественных характеристик.

Наиболвэ «йзий из сусеотзршх датодоз функцпп уседки является штод условных пластических дефсрггзцсй, в котором функция усадки является тензорной величиной. Ваш этот тензор е^ считать симметричным, су?<яу корттшых компонент равно?! нулю, а таге» ваш ось X оо-взйвстнть с продольным ншрсзлешшм сварного пша, а ось Y - с пошре-чшм и считать их глззгадн для тензора, то кэсатвльшсля компонентшя шушо пренебречь и прэдстштпъ тензор в достаточно простом виде:

(í.3=z,y,з)

О I

о о

77 0 0

В этом случаэ только даэ функция коордают e£B(a:,y,s) п определят функцию усадш для кзздого конкретного гоершго шва. " , Поскольку функция e^j достаточно локальная, то прд определении обзих деформаций сварных узлов и секций ткно в соответствия с. принципом Сэн-Венаяэ одолеть .определенные ' допущения .в распределении

Тас, например, Гфкмекктэльно к пззрке стыковых пзов в листовых конструкциях го данной технологии . ' нэ конкретней мэгариате дачнкэ

относительно функций поперечной и продольной усадок возможно получить, используя прямоуголышй аистовой образец (Рис. 1) такой жо толщины и из того же материала. Для описания е^ можно приманить обычные гипотезы кинематики тонких пластин:

е^(Х.У.и) = <х,у) + «^(х.у) 2. (2)

где (х.у)- деформации по срединной плоскости пластины (2=0),

соответствующие кривизны.

В общем случае !х,у) и к^(х,у) являются функциями только координат х.у. Однако получете этих функций достаточно кропотливая задача, усложняющая в дальнейшем и получение искомого решения но об-еиы деформациям. Поэтому заслуживает внимания некоторая идеализация указанного распределения при условии оохрано-нния неизменными основных интегральных характеристик, получить которые экспериментальным путем гораздо проще.

В работе предложена следующая идеализация: величины и

кусочно-постоянные по длине сварного шва и предельно сосредоточены поперек сварного шва по его оси (У=У ). Соответственно:

е^(х,у,2) = н(у-уш)[ л1;) + а^й ], (3)

где Н(у-уш) - функция Дирака, постоянные д , находим из условия сохранения интегральных характеристик распределения деформаций е^ в поперечном сечении пша.

Рис. 1. Прямоугольный листовой образец.

Очевидно, что д = дпоп представляет собой среднее значение поперечного укорочения образца, ауу=апоп- значение поперечной угловой деформации, л д = - объем продольного укорочения на

одиницу толщины а, япрод- продольная кривизна.

Следует отметить, чго по продольной и поперечной усадкам, угловым деформациям при сварке за прошедшие годы накоплено много результатов' экспериментальных и теотеоретических исследований в виде графиков или параметрических зависимостей от различных геометрических и технологических параметров, и это в определенной степени облегчает нахождение их количественных значений.

Таено для определения количественных характеристик функции усадки тгут быть использованы ооответствушие решения задач тертпластяч-ности для' небольших по размерам и простых по форма сварных обрззцов.

Для оперативного получения данных относительно количественных характеристик функции усадки в зависимости от различных физических, геометрических и технологических пзрсмэтров заслуживает внимания создание соответствуеяего банка данных для персональных компьютеров. 3тот бак дмгат быть открытой системой, которая тдзхзт исполняться по мэре накопления дашшх. В работе предложена структура этого банка.

Трзтья глаза посвешена разработке ооотзотствуших расчетных. алгоритмов ira основе теории упругосга для получения шагах перемещений характерных точек типовых сварных конструкций.

В ссютветствот с рэтодом условных пласппесяих деформаций тензор сбоях даформаДО сварной конструкция представляется суммой:

eu = eii + ЕЪ ' (4>

где - тензор упругих дофор?л1й2, пвяэшннй с данзорсм ншрялэтий законом Гука. Тензор обиих деформаций связан с вектором горсиэ-сеготй U1 соотношениями Коми.

Известные соошоятепия теория упругости и граничило условия определяют обаую постановку задачи. Для характерных тшових случазз эта постановка более конкретизируется. Кроме того, поскольку при упругих решениях справедливо примените принципа суперпозиции решений, то это позволяет строить решение для одного сварного шва (участка шва), a зотш путем суперпозиция режепкй находить общие neper ющеняя от всех свов {участков ива) в данном узле.

Дня сварных конструкций, обтаю деформации которых место при определенной идеализации рассматривать в рамках балочных гипотез, получе-

ва определявшая система для кзадого сечения (х=сопл1) относительно функций аих ^ вгУ* ^ дг\)у ^

дХ. б!2 бх2 •

вг1Ь

Р(х) ;

Иа(х) + (б)

М_(х) + Ф

у у»

еги2 у вгЦу *

11аГ ~

аи* б2иг 8гЦу

1гаГ ~ " ^ёх5"

дЦх вгиа 0гЦу

1уэГ " 1уувХ2гГ

У -

где

Г

| Е 1 ;} 6Р (1=1,в,у, 3=1,в,у), Р - площадь сечения, р

Ф1= | Е е"^ с1? (1=1,а,у), Б - модуль Внга. г

Описанное представление фактически формализует известные подходы С. А. Кузьнинова, К. Ы. Гшовского для балочных конструкций, что ваяно с точки зрения компьютеризации расчетов при необходимости рассшзри-ввргь большое количество сечений но длине конструкции из-за различий геометрических размеров и сварных швов.

В роботе рассмотрены плоские сварные секции, к которым приваривается различные элементы насыщения (набор и др.}. Реагалась плоская га-дача теории упругости с дополнительным тензором условных пластических дефорьвдий. Во многих случаях изгибные дзфоргацаи независима от деформаций в плоскости пластаны, и соответственно решение ведется от-двльнодля перемещений в плоскости пластины га для изгибных деформаций.

Разработаны три алгоритеа для оценки перемещений в плоскости секции (в порядке повышения трудоемкости поиска решения): 1) случай бесконечной пластины, т.е. когда реоолстривеются перемещения от сварного саза вдали от свободных кромок секции бо-дашх размеров; 2) случай полу-бшшшчвсй пластины, т.е. когда расштривагася перемещения от сварного швб у одной из свободна« крошк секции больших размеров; 3) когда рассшгривазтся перемещения прядауголыюй секции огреничен-ныз размврсв со аюбодншн кромками.

Для овдэльных харектершх случаев получены аналитические решения. В качестве пришра нвео приведено одно пз таких решений (случай полу-бешшечной пластины) для перемещений свободной кромки от сварного ява. перпендикулярного этой кромке.

(6)

ЮЛ '

„„„оо * соз(чу)йрс2д;

оо * в!п(чу)брс!д.

гда Ь - удаление сварного шва от кромка; (хо-Ъ) - дана свзрвого виз р п Ч - параметра интегрирования.

Задача плоской теории упругости в сщчт пряшугольвоа шгасзгш оо сзободнниа кромка® считается достаточно слссней пз-сэ необходимости удовлетворения граничных условий на всех кроккех пягстипн. В работе рассмотрен случай, когда пряштзЕейшй свзрноЗ еов рассоложен по центру пластаны сиягатрично относительно осой коордашт Я и ¥. Ншэ прЕввдены решения (7) и (8) для костснет- пержзшзпЕй Они.

и?

0Х(Х,У)Я £ £

п=1,3,5 т=1,3,5

Ы -Й)еЯ ГЮ ^(В^Л

+ Па

[I2 + О2]2

ат(^)соа(^)в1лр^)соа(Г|д

е {ммв*V ^рш] ш н'

- МИ) + Впх сьЩ] ^ соврщ) [и.) };

(7)

Е Е

П"1,3,5 1,3,5

М -(ГШ ^Г(Г^о^(1Г*поя1

к-.2 ♦ I)2]2

со

+

п»Т73,5

- атр^)сов(^)соз[13Щ)а1п(

I {мвв ♦ ва1 вь^] ш н'+ с«.

мга+у *ий ш ™рт оч}

+ 2ВпСЪ

-ID-

Коэффициенты An«Bn'Dn>cn определяются системой уравнений с бесконечным числом неизвестных, которая решается путем последовательного приближения.

Разработан аягорита для определения изгибных деформаций (перемещений Ux(x,y)) плоской секции ограниченных размеров с шарнирно опертыми кромками:

„ „ & p^f

Zr—. XX. п. m [¿Oj yy.n.m^bj rrwv\ rnwv-v

У -:- cos fef) cos feg . (9)

- [[f5]2 + (|§)2]2

п=1,3,5 т=1.3,5

"кх к ~ коэффициенты разложения в двойной ряд Фурье ооот-ветствуших угловых деформаций .

В качестве примера рассмотрена квадратная пластина (а=Ь) с квадратным вварышем в ее центральной части. На рис.2 приведены результаты расчета для случая, когда &= 1000мм, апоп=0.05рэд, а . =0.01 рад и при различных размерах вварыша. Результаты представлены в вида зависимости перемещений и, в сечении у=0 от координаты х. Видно, что глак-сималыые перемещения имеют косто по оси сварного шва.

В расчетном алгоритме душ тонкостенных цштндрических оболочек (Рис.3) используются катоды теории упругости, основанные на гипотезах Кирхгофа-Лявг. Для приведения определяющей системы доффоренциаишюс уравнений к система линейных алгебраических уравнений используется интегральное преобразование Фурм по координате р и разлаженна в ряд Фурье но а при наличии ежкэтрш относительно плоскостей а--0,р=0 и достаточно бадьЕой дашз Ь оскхлочки (Ь-ао1кз/й1).

Й) £0

и(а,р)= Y | ит(Я)соз<тр)з1п(цс<.)ск};

т=0,2.4.. 0

т=0.2.4.. 0

а> оо

со

У(а,р)= ^ ^ Ут^)з1п(тр)С08(Яа)(1ч;

т=0 ,2,4. . О'

со оэ

т=0,2,4.. О

со

И(а,Э>= ^Г | У?т^)С08(Шр)С03(Яа)ЙЧ,

т=0,2,4.. О

Разработанный алгоритм позволяет определять остаточные перемещения длинных цилиндрических оболочек от незамкнутых кольцевых и продольных сворных швов. В качестве примера на рис.3 представлены расчетные данные по остаточным перемещениям >7( х,у) алюминиевой цилиндрической оболочки при ввэрке прямоугольного вварыпа.

С целью проверки достоверности разработанных расчетных алгоритмов было проведено сопоставление расчетных и экспериментальных данных по общим сварочным деформациям типовых сварных конструкций. В частности, рассматривались: 1) перемещения свободной кромки (х=150мм) сваренной (1=150А, и=24У, V =0.18см/с) встык пластины из стали Х10СгН118.8 толщиной а=6мм при различной ширине пластаны у=120,160,200мм (Рис.4а); 2) угловые деформации коротких пластин из стали Ст.З при дуговой наплавке под флюсом валика (рекимы сварки и эскязы микрошлифов сечений на Рис. 46); 3) прогибы стальной цилиндрической оболочки диаметром 2Н= =75т и толщиной а=5мм от зргокодуговой сварки (ч =1162кал/см) кольцевого шза (Рис. 4в). Удовлетворительное согласование расчетных и окс-перимзнтальннх денных (±10-15%) позволяет утверждать о приемлемости разработанного метода для оценки обпздх деформаций сварных конструкций.

Рис.3. Прогибы ает^пжевой цилиндрической оболочки (Н=250гсм, а-4га) от вварки 1 ч =466кал/см) прямоугольного ввврщца {10, ро=ч/15).

/3!/3 Я/*»

- ¡4J-

100 ij,f;M

;.,Pí:d- 4 Содовшезнео .]астмшс •и;шазвр^дшанх: ■ са&ран8я\яшШ; -• котод

.щаю^^с'щхрих-щнкшраая метод .тормоши

Учптквая то, что цалгй ряд ппрс.отроз, гаюльзустах о прздлссэп-сом расчетном кзтодз, имеет стохостическга характер (пплргаэр, îccxn-честзеншо хнраглорпсшш функцги уезда, неточности прз сборка под сксрсу и т.д.), в работе расогатравсэтся возткность получения espo-ятпссшшс оценок обеспеченности расчета Ргзрэбогси ссютветствукгиП алгоритм, сшользуизий гсшотозу налых отклонений п вормалшй закон распределения.

Разработанной штод определения об:лх дбфоретцтй шробярозался прт регенпи рядз практических зздзч. В чоеткоежл, при оценке вероятности ксчествэпЕсЗ cïeîobisi продольного побора при стнсозке кру-ПЕ1П судретроптвлышх секций глззду собоЗ, о тссгэ при сцопке пзро-Я2Г0СГЯ кзчоствешжЗ усянссояп поперечного набора на гшоезеуэ сскцго с продальньил набором.

lia pea 5 продотЕвяена результата рзечота пэркгоэязий Kpov.crt, по :corcps! опт секции стыкуйся. Для качественной стыковки нзборэ пзо<5-хода.», чтобн разница пзркзкззнгй егшкуегох копцоэ еэ црзвшзла еологшш голавли ад стыкуемого паборз. Определялись вероятности г.з-чешвешюй стшсовки каздого ребра дая трех вариантов егшеуошх cs:s-цй (рлаБз).

В 1 -см варианта стыкуются дсо полностыэ одпнзгеевнэ секции тала î. Do 2-см Есрипшэ стакушся рззныэ сскцгш типа 1 и типа 2 и при уетэ-.возхо взборз m производится керротарозка с учете:.) у сплочен* оло-ппй от припарки ребра. В 3-ем ворипзте эта корректировка презггодп-тсп. В тобпгз 1 пр^зодеш результата распета еэлпчиеы д!1° сездакой р=2ппш пзрг::£~сЕпЗ схакусют копцоэ s вероятности ватесявзЕЯоЗ сга-копеп ? для кастго ребра црз погрсгЕсетп установка псЗсрз îy=»1r.sj п дгшзрези величина фунарт усадки = ^-^/¿"^д « 303. •

Тпшпцэ 3.1

Л°ребрз 1 2 3 4. 5 5 7 а 9 .10 11

1 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0.

2 0.27 0.9 1.2 1.43 1.5 2.2 2.4 2.7 2.7 2.7 3¿7

3 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0.

? 1 0.9? 0.S9 0.93 0.99 0.99 0.93 0.97 0.93 0.94 0.93 0.91

2 0.99 0.99 0.99 0.93 0.97 0.91 0.91 0.87 0.84 0.G2 0.79

3 0.99 0.99 0.99 0.99 0.9? 0.99 0.99 0.93 0.97 0.95 0.94

~í fi-

lia, ттр&хоЕКо ребро, для которых вораятаосяь качественной стшсе:?:с: 1:гг:сач, подвзаравгэт до крзя пологают, со время ешковки секций под-гошглт тпршгрешкэ н шлотнпзу кошда ребзр яруг под друга. о зетем щжварави» tóc к хкшякпяу. Эхо связало о докостшшга Ьйъе?*« рай?,

Itec джоЕстрирдат результата в то&гэдз 1, &$£окшш2гм способом гакгтазшя Бороякюсгл юпоспгешюй схнкозки яодяезся котонсацяя сва-рочпзх дофорггцкЗ ш основа прогноза, поевойянаагб npsi рээмазко пек? установка неборз вводют» коррокцпэ па сяойеии» сорсшштя.

ОЕТЛЕ EIEQUi:

1. Разработан новый готод расчета об ля дофэркздка крупных сварных itciXTpjiiiriit о божпзз когдчьепзем сзарянх пваг. Га основу выбран пегболео обяпЛ кз сугаивуигах шгодоз функции усгдкя - кэзод усгяв-тхеттасах деформащй, з котором фута&и усадка является тс-п-сорасЯ величшюй. Показано, что осям хстшэ ншразишия ■швора СОВП5ШНЯ с ородмшвш и ЕопорбЧЕВл шфезл&шяка сварного сва, а гзарсая конструкция является достаточно тонкостенной, то функдаэ ¡гсадхя ещощяя! только чотарэ «радщюдакэ харатркешки - продо-шззя усадка, жперочпач уезднз, продольная и поперечная углозгю дс-

5. Разработана ксспсрп ^-шальная матодтсса получения количесгвеншп: :еракторпсткк фушаш укют m плоских образцах ограниченного рзг.".э-» при соогеохчзугсих физических, гесмотрпчесгсгсс и технологических icpavoapax. В с2згся.юста от указанных пгрсазроз разработана cipyit-ура бега® денных по евзрочакм деформациям. Покззгаз восшееоси» zo-юзиьзеошяя для расчета ксстяегавояшх характеристик функция усэдка ногочиеяенных литературных данных различных пссяэдосателоз, а тсето исленшх реповой!, осноэшвых на теории тершласгачносга. . Дано odsoo матгг'лекчеиоэ оплсаакв задачи опродоления юригазвша -ззличнше точек свсрной конструкции из основашзп заданной фушаця гашш. В основу описания полоазнн обжа подход?! тоорня упругоагз /ткшгелшкп тензором уеловшх шшичеста деформаций, продоль-э соородоточепшсс по оси сварного сва и кусочнсьпостчпных. по его пав. Тйкая вдзшшщия позволяет казсклаяшо фрргашзовахь попек ;гганги я гепаяьоезэгь соохвотешушгй аппарат теория тсорш упруго-что вгппо при болкхм количество сзарзж пвоз я апачизэяыш: каюрах секции (узла). ■

, lía основа обтай поетансзхц разработаны расчеино алгоргл?.^ я ооз-

прогр"я,Еоа обосдаченЕо для, определения обздх д&форгецпй sapa- ' ■ppHHZ езорныз узлов. Для СЕЕрша б&лочншг коипругадгЯ раЗр^ЗОГЕВ--

шЗ ьлгоряг,! фактически формализует езвостеыз подхода, что везно с точки зрения коитыотеризации расчетов балочных конструкций переменного сэчешя с большим количеством сварных евов различного нслразлз-пия. Для сварных шюаскх сскцай и данш цнлищцшескщс оболочек созданы оригинальные алгоритма, учитываагиэ геометрические размера сварных узлов, свойства материала u технологические условия сварки.

5. Из оспозснки сравнения результатов расчетов с шаюрщлзнталшымд дашкмз, а текао с результатами расчетов, выполненных с пошцьл г,э-тодоз теории ториошшсяЕЧЕосш, установлено, что разработанный катод позволяй получать расчетшао дшныз по перемещениям для различных сварных узлоз с точностью в продолах т10-15й.

6. Ваявлопн оародэлгшдто закономерности в характер обеих деформаций при сзарха балочных конструкций, плоских секций, щшщцричекак оболочек. В частности, установлзио, что варка вворыпгз прямоугольной Форш в ццлэдцрзчеагую оболочку вызывает корсотность поперечных ссчзшгЛ в районе вварила, которая возрастает при увеличении погонной ¡зоргш:, ?, Разработан подход оценки вариации расчетных тремоаший плоских секций с учетом определенной оадхастичности иевдцшх дшшве, связо поД о оцредолзыиом функции усадки, позищрсюаяшгм прщоризеешх адз-нешов и т. д.. На основании проведенного ксслодовсяил остаточного дефоргаруошго состояния крупных сварных плоских секций установлено, что ЕфТдк'ПШНйм способа:,? шзшйнпя вероятности кшотаввпшй сшсазки црсщмьсого паборз np:i сижовкс создай кззду собой, a ашжо вораят-гаахп кщеасзезваЗ ycrcsœiai поперечного набора на плоскую сокцгаэ с щхщхазш hf.'Jopotï язяяэтся ксмешкгоя сварочных деформаций на основа прогноза, шзбойяккого при раскатка ¡.'.ост установки набора вводить коррекции на одщегша порсыоцешш.

Оспозина результаты диссартащш осведонгх в работав:

1. Создала скшоршой' сисгска "Точность сварных конструкций"/ ВЛЬКсапонко, Е. А. Еошгсшаневко, А.Е.Коротшскпй, О.В.!.!ахыошю// Сбараж щгрщ арудоз "Проблемы œapisi и споц. алкафокмаиургйи". поеши. 120-лмга со ДШ1 роигдошя Е.0.Датона-1й1аз 1990,- С. 33-40.

. 2. Прсиюзцрозспга обща деформаций. сварных узлов на основе бз-шш дзшдх ш подарочной, продольной усэдко и углоз:а! дофорхдаям/ Л. fi. Лобанов, 0. В, Hauèaao//H. "Лвзоовгсеская Сварка"-1991-U10-С. 9-13.

- 3. ■ Сварнш конструищи с ишашюнга пропуская и пригонкой / О.В.Ы25шопко // ШП Конфорэди тяиш .учеаст Шсшуи-иехшиот 1Ш1 Укршша .ï03sai догаэдоз, 1&сз, 1993.-С. 43-45.

' 4.1 Вопроси хзгоашхоши] œcjffix конструкций пра едтатьша при-

пусках и пригонке/ Л. М. Лобанов, 0. В. Махненко, М. Байер//Н. "Автоматич. Сварка"-1994. -N2-C. 3-8.

5. Расчетное прогнозирование сварочных деформаций при изготовлены! плоских секция с целью снижения объема пригоночных работ/Л. М. ЛЬ-банов, Махненко 0. В., Зайферт П. // 1. "Автоматич. сварка", в печати.

Личный вклад автора: В /1/ предложены идеализация распределения функции усадки и расчетный алгоритм дая определения обеих деформаций цилиндрических оболочек от различных сварных пвов. В /2/ - алгоритма для расчета обпшх деформаций балочных конструкций и изгибных деформаций прямоугольных пластин с шарнирш опертыми кромками. В /3,4/ -алгоритмы дал расчета обгих деформаций плоских сварных секщЛ, подход дая оценки обеспеченности прогноза при вариации исходных данных.

ЛВДАЦ1Я

Махненко 0. В. Рукопис дисзртацП на здобутгя вченого ступеня кандидата тбхл1чнпх наук за сгоц1аяьн1сти СБ. 03.06. "Технолог1л та устаткувашя для зварювавня та спор1даевях процес1в" на тему "Роз-рахунковий метод витшачешл зягальшзх дофорулц1й сварпих конструк-ц1й гтз ochobI фушсдИ усадки". IiiCTliyr електрогварювопня 1м. 6.0. Патона ПАН yicpalim, КиТв, 1936р. Захкдзстъся иовий метод розрзхуп-ку загаяьшк дефор»щц1й зваршх конструкц1й 1з топких елсмекйв 1м осиов1 функцИ усадки в1д кожного сварного пша, а такоп: cp;iri-палы11 розрахунков1 апгоритми дал назначения дефор','зц1й балочгап копструкц!й, плоских сеютДй, Щ!л1ндр1чшх оболонок тз олгоршм для оц1нки забезпэчешост1 розрахунку при вор1ац11 шчатковпх д^ших.

Клэчов1 слова: розрахунковий метод, зварн1 конструкцП, спгаяь-ul дефэрмсцИ.

ABSTRACT

"A Prediction Method of Residual Deformation in Helded Structures Based on the Characteristics of Inherent Strains" by Makhnerfto O.V. The dissertation of a Candidate of Technical Sciences on the Speciality 05.03.06. - Technology end Equipment for Welding and Related Processes. Palon's Institute of Electric Welding, Ukraine,Kiev,1993.

A new prediction mothod of residual deformation in welded thin-railed structures using inherent strains 1з developed. AIdo, original algorithms to calculate residual deformation in welded girder, plate structures, cylindrical ohollB end algorithm to c3ti!5i3to pro-pability of obtained results due to variation of Initial data ere proposed.

Key Words: Prediction Kethod, "/elded Structures, Welding Deformation

Поап. в печ. 18.II.46. Формат 70x108/16. Еум.оФс. Я* 2. Офе.печ. Усл.печ.л. 1,73. Усл.кр.отт. 1,98. Уи.-кзд.л. 1,86.

Тиоаи ЮР эт. 36к.6-275. _

ИЭС им.Е.О.Патона. 252650, Киев-5, ГСП, уп. Боженко, II. . ООП ИЭС ин.Е.О.Печена. 252650, Киеа-5, ГСП, уп.Гооького, 69.