автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.04, диссертация на тему:Разработка новой технологии ремонта трещин в судовых пластиинах

Г'ГЗ од

94

Дальневосточная государственная морская академия им. адм. Г.Н. Невельского

На правах рукогшеп

МОСКАЛЕНКО МИХАИЛ АНАТОЛЬЕВИЧ

РАЗРАБОТКА НОРОЙ ТЕХНОЛОГИИ РЕМОНТА ТРЕЩИН В СУДОВЫХ ПЛАСТИНАХ

Специальность OS.08.04

"Технология н организация судостроения и судоремонта"

Автореферат

диссертации на соискание )гченой степени кандидата технических наук

Владивосток 1993

Работа вшалшна в Дальневосточной государственной морской академии им.адм.Г,И.Невельского

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор, академик АТР ДРУЗЬ Б.И.

Официалыше оппонент:

заслуженный деятель науки и техники РСФСР,

доктор технических наук, профессор, академик АТР БАРАБАНОВ Н.В. кандидат технических наук, профессор БАЛЯКИН O.K. Ведущая организация - Дальневосточный научно-исследовательский, нроектно-изцскательский и конструкторско-технологический институт морского флота (ДНШМФ)

Защита дасзертации состоится a/wcimY.

на заседании специализированного совета К I0l.0S.0I при Дальневосточной государственной морской академии им.ада.Г.И.Невельского по адресу 690059 Владивосток ул.Верхнепортовая, 50а ДВ1Ш ауд.241 в 10.00 час.

С диссертацией можно ознакомиться в совете академии Автореферат разослан (С, /¿(t 1993 г.

Отзывы на автореферат в 2х экземплярах, заверенные печатью организации, просим внслать в адрес специализированного совета но присуждению ученой степени кандидата технических наук при Д8ГМА

Учений секретарь специализированного

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТУ АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЬ. Статистика повреждаемости корпусов судов свидетельствует о том, что осисвпиМ видом повроадоний остаются трещины. Они появляются в основном в пластинах судового корпуса под действием возникающих в них растягивающих напряжений н носят, как правило, хрупкий или усталостно-хрушшй хзрйктор.

Тенденция повреждаемости в виде трещин носит относительнс устойчивый характер как для новых судов, так и для судов, находящихся в эксплуатации 15-20 лет. В реальных условиях плавания появление трещин в наруююй обшивке корпуса, если и не является опасним с точки зрения эксплуатации (тротила не прогрессирует и не ведет к отказу конструкции в целом), то может служить источником порчи (подаачивашя) груза (например, трещшш в угЛах люковых вырезов и питьевых танках); загрязнения окружающей среди, обводнения топлива и масла (трещины в топливных и масляных танках), что само но себе уменьшает моторесурс судовых машин и механизмов» Увеличение концентрации напряжений в отдельных связях корпуса, следствием чего является трещинообразование, способно привести к серьезным авариям и доже гибели судна.

По правилам классификаиионшх обществ трещина, / вызывающие нарушение целостности оболочки корпуса судна, обеспечивающей водонепроницаемость и прочность, не допускаются и подлежат устранению. Прй атом во многих случаях (особенно при ремонте в труднодоступных местах и отрицательной температуре) возникают проблемы, связанные с выбором способа, обеспечивающего Качественный ремонт поврежденных участков.

Возрастающие затраты на судоремонт (в результате отказа' конструкций я повторных разрывов' уже отремонтированных пластин) я

несоизмеримо большие убытки, которые несут судовладельцы при порче порошзшого груза и загрязнения окружающей среди, делают ак-туальними исследования по разработке эффективных технологий ремонта треигин в пластинах судороге корпуса.

ШиЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВмда. Конечной целью диссертационной работ« яолоются разработка новой технологии ремонта, трещин1 в су- . дога к. пластинах, способной обеспечить качестве нный ремонт, гаран- . тируший разгрузку поврождешого района и невозможность повторного разрыва плаеттш.

Для достижения указанной цели задачи исследования были посвящены:

- изучения вопросов повреждаемости судовых конструкций;

- анализу существующих технологий ремонта тренш;

- построению математической модели технологической системы ремонта трещин;

- разработке новой технологической системы ремонта трещин в судовых пнастиг ах и методики определения ее оптимальных параметров;

- подготовке нормативных документов, регламентирующих требования к технологии ремонта треда; в судовых пластинах;.

МЕТОДЫ ИССЛЕЦ0ВА1ИЯ. В работе применялись аналитические метода в сочетании с обширными лабораторными и натурными экспериментам.

Бри проведении теоретических исследований использованы метода системного анализа, метод конечных элементов (МКЭ) и оптимального управления. Экспериментальные исследования проводились в лабораторных условиях с использованием физического подобия и математического планирования многофакторного эксперимента. Металлографические исследования выполнялись путем изучения макрошлифов сварнчх соединений пластин. Эмпирические зависимости строились на

осново регрессионного анализа и представлялись в безразмерном вида.

Натурныо эксперимент проводились по специально разработанным и согласованным с инспекцией Регистра России Тихоокеанского бассейна методикам и технологиям в условиях А/0 ВСРЗ.

НАУОДАЯ Н0ВИ31Д. Установлен закономерности взаимодействия этапов технологии ] омонта трещин как систоми с "неокономичоской ответственностью", решали задачи оптимального управления системой. На Оазв- системного анализа разработана принципиально новая технология ремонта трещин в судових пластинах л методика опродо-ления ее параметров, обеспечивающих оптимальное качество ремонта. Получишше аналитически результата подтверждены зкспириментально.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ. Создана и аподрыш и судоремонте принципиально новая технология ремонта трещш в- судових пластинах способом гребенчатой разделки кромок. Подготовлены, согласованные с инотчсциоЯ Регистра России Тихоокеанского бассейна, технические и технологические требования, каешцнесл применения новой Т9Х1ШСГИЛ.

РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ КА ПРАКТИКЕ. Результаты диссертационной работа использованы при разработке следующих нормативных материалов, одобренных инспекцией Регистра России Тихоокеанского бассейна: "Способ заварки трещин. Программа и методика приемочных испытаний"; "Типовая технология ремонта трещин в судовых конструкциях способом гребенчатой 'разделки кромок"; "Дополнение к типовой технологии ремонта трещин в судовых конструкциях способом гребенчатой разделки кромок".

По типовой технологии под наблюдением Регистра на базе А/0 ВСРЗ производился ремонт поврежденных конструкций корпусов следующие судов: т/х"Профессор Хромов"; "БГК-628"; тух "Федор Пот-

ров"; т/х"Марина Рискова".

А1 НОВАЦИИ РАБОТЫ. Основ1Ше положения и результата работы докладывались и обсуждались: на научно-технических, конференциях преподавателей; и сотрудников ДВША (1985-1991гг); на XI Дальневосточной научно-технической конференции "Повреждение и эксплуатационная надежность судовцх конструкции" НТО им. акад. А.Н.Крылова ,1990 г.; на Всесоюзных межвузовски научно-технических конфет ранциях и ТОВМУ (1Э89-1990г.); в инслокции Регистра России Тихоокеанского бассейна.

Разработанная'технология ремонта трещин в судовых конструкциях экспонировалась на ярмарке научно-технических разработок и опробировашшх новшеств, устраиваемой ДВШ и ДЛ1ША МАРИН ИНДАСТРИЗ ЛТД. (Г.Владивосток,IЭЭ1 ».).-'

ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ, получено 2 авторских сшуютольствч на изобретение и выполнэт но 3 отчета но цаучио-лсслидовагильской работе.

ОБЬЕМ РАБОТи. Диссертация состоит из введения, четырех глав, ■ заключения, списка литературы и приложений, изложена на 140 страницах машинописного текста, содержит £¡0 рисунков, 10 таблиц, библиографию из 153 наименований, приложения изложении на 30 страницах.

С0ДЕРЖА1МЕ РАБОТЫ

ВВЕЩЕНИЕ. Обосновывается актуальность исследований по созданию новой технологии ремонта трещин в судовых пластинах, определяются основные цели и задачи диссертационной работы, практическая, ценность и новизна исследований.."

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ дается анализ повреждений судошх корпусных

конструкций в виде трещин. Характерными местами корпуса, в которых наиболей часто появляются трещины, являются районы различиик вырезов в палубе и бортах, места резкого обрыва связей по длило судна, изменения поперечного сечонил набора надстроек и рубок, узлы соединения, работающие в условиях вибрациотшх нагрузок.

Анализ литературы показал, что трэщинообразование в пластинах является следствием повышенной концентрации напряжений. Наиболее полно вопросы концентрации напряжений исследованы в работах Барабаиова Н.В., Максимаджи А.И., Беленького Л.М., Турмова Г.П..Юнитера А.Д., Архангородсного А.Г. и др.

Для того, чтобы назначить правильный: метод ремонта необходимо, прежде всего, выяснить причину повреждения. В зависимости от причин трещины могут быть усталостными, коррозионными, вибрационными или появляются в результата повышешшх напряжений. Кроме того, источником трещин могут явиться микроконцентраторы напряжений (расслоение металла, шлаковые включения в сварных швах и т.п.). Эти факторы закладываются в основном заводами поставщиками стали, а также при постройке и ремонте судов.

Не всегда заварка трещины бпособна устранить причину повреждения. Иногда требуется конструктивно изменить или подкрепить дефектный узел. Традиционно считается, что Недопустима заварка уо-талостных трещин. Так, при появлении сложных ветвистых трещин, считают, что при ремонте повревде1!ныЯ участок листа обязательно подлежит замене.

Этот факт во "многом связан с несовершенством существующих технологий ремонта, использование которых часто приводит к образованию значительных дополнительных концентраторов: из-за неравномерности распределения поля сварочных напряжений; недостаточной разгрузки поврежденного района; сложности контроля за ходом вы-

Рис. 1 Структурная схема функционирования судовых корпусных конструкций в процессе эксплуатации

полнения всех технологических операций ремонта; плохого качества заплавления сварочной вашш из-за трудности доступа к обратной стороне шва (когда доступ затруднен или тообуот большего объема демонгашнх и сопутствующих работ).Все ото может служить источником повторного разрыва пластин как в эксплуатации, так и в процессе ремонта конструкции.

На сегодняшний день не существует эффективных технологий ремонта трещин, способных гарантировать качественное заплавлегше дефекта и работу отремэнтированной конструкции в составе корпуса судна без вторичного трещшообразовашя. В работо не исследуются источшши грещинообрасовашя. Нами трещина рассматривается как. отклик конструкции на обобщенное воздействие среди (при эксплуатации или ремонте), характеризующее напряженное состояние конструкции в каждый фиксированный момент времени. С этих позицлй технология ремонта трещин представлена (см.рис.1) как связующее звено между предремонтной подготовкой и послеремоптной эксплуатацией конструкции (судовой пластины).

При постановке задачи исследования принято, что [К] некоторый порог, по достижении которого, реакцией конструкции на среду является ее повреждение. Есякое отклонение параметров функционирования конструкции как системы за область допустилнх значений, т.е. невыполненно неравенства КзШ (К - уровень концентрации напряжений в системе) характеризуется как "инцидент", приводящий к трещшюобрэзованию в судовой пластине.

ВО В'ГОРОИ ГЛАВЕ производится. анаши и исследование предложенной автором технологической системы. Используя системный подход автор рассматривает технологию ремонта трещин в судовых пластинах ' как самостоятельную последовательную подсистему. Ее структура представлена на рис.2. Как видно из рисунка она состоит из последовательно соединенных фаз всего технологического процесса

Рас. 2 Структурная схема пшсшлемы ремонта трещины по классической технологии

ремонта, с обратной связью относительно напряженного состояния конструкции. Все фаза технологического процесса (элементы системы) характеризуются некоторым вектором воздействия на объект ремонта. На схеме (см.рис.2) знак отракает отрицательное, в "у" положительное воздействие на несущую способность ремонтируемой конструкции в целом.

Нами сделано допущение, что каждое технологическое воздействие, преобразуя объект ремонта (судовую пластину), закрепляется в нем как постоянный элемент. В этом смысле преобразованный объект ремонта (воздействия) продставляот собой уже ■ псевдотехническую систему с последовательно соединенными элементами (закрепленными воздействиями).

Применяя допущение, что каждый 1 элемент системы имеет экспоненциальное распределение наработки до отказа (под отказом понимается появление трещины в пластине) и, используя допущение о

независимости элементов, средняя наработка системы на отказ п

1=1 1

=1

Для рассматриваемой системы принято п=5 (суммируются только элемента с индексом характеризующим отрицательные

воздействия).

Применяя подхода теории перколяции и задаваясь условием мгновенности разрушения, можно заключить, что оно происходит, при неизменном числе, технологических дефектов (закрепленных воздействий) с характерным размером 1 за счет перекрытия их "сфер влияния", причем скорость роста дефекта до критической длины, приводящей к разрушению, пропорциональна коэффициенту интенсивности

напряжений сИ

. — = Ж" . А=сопзХ . аг

п

Тогда Тз можно представить В виде Гз=ш/(Ж1), где ш=const и

1=1

ч сделать швод, что устойчивость технологической системы, но отношению к повторному разрыву, уменьшается с ростом порядка системы п, т.е. с увеличением числа фаз технологических воздействий. Поэтому, всякие модификации технологии ремонта трещин, связанные с увеличенном ее порядка, дают только отрицательные результата.

Учитывая, что ремонтируемая конструкция (судовая пластина) является системой с неэкономической ответственность» (затраты на ремонт но соизмеримы с убытками в результате отказа) требования к системе сведены к трем критериям эффективности. Такая система должна иметь: минимум Элементов; гарантированное качество выполнения технологических операций; обеспечивать заданный уровень несущей способнобти ремонтируемой конструкции по СЮ.

Процесс разгрузки является основным технологическим этапом ремонта трещин в судовых пластинах. Он в наибольшей степени Связан с про дремотной подготовкой конструкции. В судоремонтной практике в качестве основного способа разгрузки применяют высверливание в концах трещины рззгрукащих отверстий диаметром 8-12 мм. Принято считать, что величина диаметра отверстия не зависит от толщины пластины' и размера повреждения (длины трещивд). Подобный "классический" подход к разгрузке представляется вряд ли

обоснованным, так как не выясненными остаются вопросы влияния

с.

маштабного эффекта, касающегося удаления отверстий друг от друга. Поэтому, в работе проводится тщательный анализ зависимости разгружающего эффекта отверстий от расстояния между ними. Анализ проводится численно с использованием МКЭ. Расчет узловых значений перемещений в точках конечноэлементной модели области строится На базе решения системы линейных • алгебраических уравнений,

Рис. 3 Схемы к расчету пластин: а ~ копчепо-атоиентная модель пластины с разгруженной трещиной; 6 - эшоры нанряжсшш на кромках разгружающих отверстий; и - расчетная схема для определения параметров разделки кромок трещины.

полученной на основе конечноэламентного преобразования:

(A)IUjMF],

где (А] - матрица упругости системы; 1Р1 - вектор узловых сил; [11^1 - вектор искомых узловых значений перемещений.

Вид матрицы упругости системы и вектора узловых сил представляется в следующем видо:

поверхность влимента. .

Для расчетов используется разбиение области на треугольные симплекс - элементы, ем.рис.За. В работе проводились численные эксперименты для пластин толщиной S=IOnm, с трещинами длиной 21 I «tl2,5;500J мм, разгруженными концевыми отверстиями радиусом R = 5мм, при одноосном растяжении на кромках, параллельных линии трещины, нагрузкой интенсивностью Р=10кН/м2. Величина I варьировалась с шагом 12,5мм. В силу симметрии задачи рассматривалось напряженное состояние области, разбитой на элементы. Решения получены с помощью коиечноэлементного комплекса, разработанного в А/0 "Петромикс" с использованием программу UPR.EXE и STA.EXE на IBM/IC-AT.

На рис.36 построены эпюры напряжений в районе разгрузкащих отверстий для пластин о трещинами 1=12,5мм и 1=50мм. Сравнительный анализ полученных результатов показал, что при трещинах длиной

IDHBbdV + I IPfENldT, 1 Ш fd)

(П id)

где V<1>- объэм элемент^; IBlj- матрица градаентов элемента; tN)^'- матрица функций формы; Г^- внешняя

100мм и более коэффициент интенсивности напряжений на кромках разгруженной трещины составляет Кт ^ 6.

Аналогичные результаты были получены nm выполнении расчетов с использованием метода эквивалентного эллипса. На основании расчетных, дашшх в работе сделан ривод. что для реальных диапазонов размеров (дшш) трещин при достаточно большом уровне напряжений в конструкции, сложно добиться сколы<и-н.;будь замотной. разгрузки, высверливая в концах трещины отверстия диаметром B+I2MM.

Учитывая получешше результаты и сделачные выводы, критерий эффективности технологической система дополняется требованием необходимости обеспечения достаточной разгрузки ремонтируемой пластины.

Методологически, с позиций формальных методов, построение технологической системы рассматривается в работе как совокупность рошения двух основных задач. Первая задача касается выбора структуры (структурного синтеза системы), а вторая - определения значения параметров элементов данной структуры (синтеза параметров).

При решении первой задачи по структурному синтезу системы, ь качестве базоЕой использовалась классическая структурная схема (см.рис.2) для предельного случая системы, когда n -»min. Исследования показали, что этому условию наиболее полно еоответструет предложенная автором (см.рис. 4) принципиально новая технологическая система ремонта. трещин в судовых пласт.шах способом гребенчатой разделки, защищенная патентом. Новое техническое решение представляет собой последовательную технологическую систему с обратной связью относительно ГК1, см.рис.4. Гребенчатая разделка профилируется путем сверлений пластины толщиной S вдоль линии трещины длиной 21 сквозных геометрически одинаковых

Контроль сварного

—Й

Рис. 4 Структурная схема подсистемы ремонта трещины способом гребенчатой разделки

отверстий с параметрами разделки: радиусом Я отверстий и перемычкой А, см.рис.Зв. Расположенные рядом два смежных отверстия образуют между собой симметричные "11" -образные разделки. Причем, при последовательном одностороннем заплавлении каждого отверстия происходит подварка корня шва, образованного смежными разделками.

Для синтеза параметров Сила разработана математическая модель, адекватная предложенной (см.рис.4) технологической системе.

Элементами обобщенной математической модели являются: входные сигналы Х,Т; математический оператор Ь и система выходов й (Х,У). В этой модели множество X {Й.Д.З.И ) определяет совокупность варьируемых технологических параметров проектируемой системы, а множество - совокупность независимых входных сигналов, под которыми следует понимать режимы сварки, гарантирующие заданное качество ремонта. В качестве математического оператора Ь синтезируемой системы принята передаточная функция, описывающая численные и'логические соотношения между входами сигналами и выходными функциями 'в (ХД), представляющими собой, совокупность критериальных функций, включающих в себя и целевую функцию. Для заданной структуры системы (см.рис.4) задача синтеза параметров сформулирована в работе как задача поиска оптимального управления системы. Из пространства допустимых управлений выбирается "такое, которое для данной системы, фэрмализовашюй некоторым дифференциальным условием связи параметров, минимизирует целевую функцию, описывающую состояние системы в конечный момент времени при ограничениях на технологические параметры. .

Источник теплота при заплавлении разделки пробковым швом моделируется (см.рис.Зв) распределенным дисковым источником с радиусом на который наложены ограничения, определяемые парамет-

рами разделен И + А > Rd ? R + 0,5 А. При выполнении в процессе .ремонта условий предложегаюго неравенства, в районе сварки не возникает прожогов перемычек и обеспечивается подварка корня шва. Чтобы обеспечить оптимальное качество заплавления гребенчатой разделен вводится экстремальное условие, устанавливающее требование обеспечения необходимой площади проплавления разделок при минимальном объеме сварочных работ

Ел .

( 2а т 2х R " Т™ riff - min G(X,Y)= 2%\ Т 171 -q OR+mln,

J R

о

где a коэффициент теплопроводности; Су - объемная теплоемкость; q - мощность источника теплоты; Тпл - температура плавления стали.

Уравнения связи задаются системой

(R + а 0,2Sqx

q - R (R + 0,5А)г Су Тпл = О

Б ...

та* С7 Гпл Д А

отражающей условие проплавления ремонтируемой пластины на всю толщину и логическое условие К1 < [К], см.рис.4.

Проверка по критерию Калмана показала, что в такой постановке задача имеет решенио и анализируемая система управляема. В результате решения уравнения Эйлера-Лагранка получено аналитическое выражение для определения оптимальных значений технологических параметров системы ; }

П = { В + 1В2+(В-А)г12)3 ; , ,

Бши = 0,8 тс А Д~'{В + 1В2+(В-А)2]2}"5 ;

Б < Б нюх ,

где В = 0,25А3+ А ; А = Здт/(8яС73кл); г - время наведения сварочной взшш.

При Еыборе расчетных значений гзометрических характеристик параметров гребенчатой разделки с использованием полученных ана-

6)

20

16

12

а: 8

i - 50 00 коп / с

~Ш0 ___-

зооо __—

-2000

1000 BL-

-------- ...... -------- — ------

О 2

^тах, мм

6 Аг 8 10

1'ис. 5 Графики для определения расчетных иараметрок

логических зависимостей, рекомендуется проверочные расчеты вылол пять по следующему алгоритму.

1. Устанавливают толщину 3 ремонтируемой пластины.

2. Задают рокимы сварки, исходя из конкрепгых условий ремонта (имеющегося на СРЗ сварочного оборудования, влажностно-температурного режима окружающей среди в мосте выполнения ремонта, квалификации сварщика и т.п.).

3. Определяют размер Д = Апах перемычки для Б = Бтах (см.рир.ба).

4.Проверяют (из технологических соображений) выполнение ограничения Драй.^ Дших.

В тех случаях, когда неравенство не соблюдается и Драй >Дмах, необходимо принимать размер пэремычки Арао = А«ах. Если неравенство соблюдается Араб < Ата», рекомендуется принимать размер перошчки из технологических соображений равным Араб.

5. Находят олтималвный размер радиуса Н разделки по графику рис.56 в зависимости от заданного режима сварки и фактического ' размера Араб перемычки.

Для случаев, когда геометрические характеристики параметров разделки й и А строго регламентированы, по графикам рис.5, можно, задавая Н=сопзХ и Д=сопзг, находить оптимальные значения режимов сварки. Эту задачу удобно решать по графикам (см.рис.5), двигаясь к точкам А& и В0 ь двух направлениях по схоме А0А,Л А->. ^ и БД п АД * Я/

Если окажется, что ац^ , то искомое значете мощности источника теплоты находят ш формуле </расг 0,5(^^1^). Оценка чувствительности системы $ реальном диапазоне изменений технологических параметров показала слабую чувствительность радиуса Й к изменении параметров разделки и режимов сварки, Поэтому

в работа дополнительно проводились исследования влияния П на прочность сварши соединений.

ß ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ приведет результаты экспериментальных исследований прочности сварных соединений с гребенчатой и "V''-образной разделкой кромок.

Планируемые многофакторино эксперименты • выполнялись на образцах из судостроительной стали В ст 3 сл 2. В экспериментах изучалось" влияние на качество сварных соединений радиуса R разделок, длины А перемычек между разделками и толщины S пластины.

Эксперимент проводили по рототабелыгому плану Бокса. Для эксперимента было изготовлено 20 образцов, которые сваривали руч^-ной дуговой сваркой электродами УОГОШ 13/55 диаметром 3 мм. Связь между варьируемыми и искомыми параметрами аппроксимировали полиномом второй степени. Коэффициенты полинома определялись стандартными методами и были проверят на значимость с использованием критерия Стыодента. Расчетная зависимость представлялась в безразмерном виде:

1] = 1,0571- 0,0015 X,- 0,0059 %г 4 0,0146 Х3 - 0,0075 Х,Х2 4 4 0,0025 4 0,0037 xf 4 0,0049 X* - 0,0044 Х^ '

S - S_ к - Л_ R - R„

В ней Т] = Р/Р0 ; Х,= --s ; К2= -^ ; Х3= ——^ ;

11 12 Ь

S0= 10 мм; 1,= 3 мм; А0= 2,5 мм; t2= 1мм; П0= 7,5 мм; 13= 1,5 мм.

Р и Р0 - разрывные нагрузки сварных соединений, выполненных по-предлагаемой и классической ( по типу 021 ГОСТ 5264-80 ) технологиям соответственно.

Полученная функциональная зависимость исследовалась на экс-

тромум. В результате выявлено, что с точки зрения увеличения прочности предпочтительными являются следующие параметры гребенчатой разделки: А = 3 + 4 ми, Н = 10 + II мм.

Однако, из технологических соображений, целесообразно уменьшить длину перемычки и увеличить диаметры отверстий (с учетом толщины ремонтируемой конструкции).

В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ приводятся экспериментальные данные исследований режимов сварки швов с гребенчатой разделкой кромок.

Факторные эксперименты проводились на натурных моделях из стали категории "В" толщиной 10 мм.

В опытах варьировались радиус К отверстий, длина А перемычки и режимн сварки. В кавдой сории опытов заплавление разделок производилось'одним сварочным материалом. Всего использовалось 10 наиболее часто применяемых в отечественной и зарубежной практике сварочных материалов. На каждом этапе исследований проводили но 10 опытов, рондомизировашшх во времени по следующему алгоритму» .

Пластины сваривали вручную и полуавтоматом в среде С02. Затем сварные соединения разрезали на тамплеты и замеряли твердость в верхних слоях. В кьчоство критерия оценки прочности тьа было выбрано значение ударной вязкости при Т=-20°С, так как только по ударной вязкости можно оценить сопротивляемость материала хрупкому разрушению. По экспериментальным данным строилась зависимость коэффициента Кн наплавки от ударной вязкости а}(. Окончательная расчетная функциональная зависимость,Хорошо аппроксимирующая экспериментальные данные, в работе представлена графически на рис.6, а аналитически.в таком виде:

У1Т- (0,96х11 ,гб+ 0,1х41б 0»и4), гд оу^Ед, а г^.

Показатель тесноты связи меаду Кн и ак для этой формулы ра-

)

ьен С,\к.1, а интегралышй избыток составляет 34,3%,Кроме того, формула хорошо обеспечивает совпадение цифрового материала моделируемого ряда с цифровым материалом фактического ряда. Это Лает основании для рекомендации ее в качестве модели рассматриваемого процесса. Средняя.относительная ошибка, которую дает формула, составляв3,3%. '

Кролю того, для оценки качества сварного шва и определения предпочтительного сварочного материала, дополнительно проводились меташюгра^ческие .исследования на шлифах, внрезпшшх из образцов .перпендикулярно сварному шву. .

Вилвлино, что при зшлавлении гребенчатой разделки зона термического влияния составляет 2-3,5 мм, зона перегрева 0,8-1,0 мл и характеризуется среднезорнлстой структурой. Зона нормализации составляет 1,0-1,5 мм и представляет' мелкозернистую структуру с высоким комплексом механических свойств. Зона наплавленного металла икает структуру .¡йрричо-пбрлщшу», зерна штяпути по ни-правлешю отвода тепла, в центре сварсого швы зерна равноосные. •Шлак стремится всплыть и локализоваться в перемычка? между разделками, но как показали огшти, с этим явлением легко бороться, варьируя параметра разделся и режими сварки. Применяемая в этом случае полуавтоматическая сварка в среде углекислого газа дает хорошие для.практики результата,

Сравнение результатов металлографических анализов и теоретических зависимостей,.предложенных во второй главе, показало адекватность разработанной математической модели экспериментальными , данными. На основании полученных данных была окончательно разработана типовая 'технология ремонта трещин в судовых пластинах способом гребенчатой разделки кромок и методика цриемочнях испытаний, согласованная инспекцией Регистра России Тихоокеанского Бас-

сейна. Также разработаны технически обоснованные нормы времени на соединение судовых пластин с использованием способа гребенчато!! разделки.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Итогом проведенных комплексных ти еретических и экспериментальных исследовашй, направленных на решение проблемы разработки эффективной технологии ремонта трещин в судовых пластинах, являются следующие основные результаты, определяющие научную новизну работы, ее практическую ценность и представленные автором в качестве предмета защиты.

1.Предложен комплексный системный подход к технологии ремонта трещин в судовых конструкциях, где технология рассматривается в качестве связующего звена между предремонтной подготовкой и послэремонтпой эксплуатацией конструкции, как самостоятпльная последовательная система.

Показано, что устойчивость системы увеличивается с уменьшением технологических этапов и введением управляемых связей. I

2.Разработаны физические основы регулирования качества ремонта трещин в судовых пластинах.

3.Построена математическая модель управляемой технологической системы с дифференциальным условием. Предложена управляемая система ремонта трещин способом гребенчатой разделки, для которой методами теории управления . найдены оптимальные параметры. Решения представлены графически, что -позволяет использовать их во всех встречающихся на практике случаях.

4.Проведены планируемые факторные эксперименты на образцах судовых пластин, сравнительный анализ которых позволил уточнить

область оптималмшх технологических параметров.

5.Проведено металлографическое исследование сварного Шва, выполненного по предложенной технологии, что позволило, выбрать сварочный материал и подтвердить хорошую связь экспериментальных данных с теоретическими зависимостями.

6.По результатам теоретического и экспериментального анализа разработана и внедрена в условиях А/0 ВСРЗ принципиально новая типовая технология ремонта трещин в судовых пластинах способом гребенчатой разделки кромок.

7.Все разработанные материала одобрены инспекцией Регистра России Тихоокеанского Бассейна. На способ ремонта получен патент. По новой технологии производился ремонт судов в условиях А/0 ВСРЗ.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих

работах:

1.Москаленко М.А, Об особенностях работы шпангоутиой ветви с учетом книц в составе бортовых перокрытий судов ледового плавания. (СЛП)//Х1 Дальневосточная научн.-техн.конф.НТО им.А.Н.Крылова/ Повреждений и эксплуатационная надежность судовых конструкций: Таз.докл.-Владивосток,1990.-С.48-60.

2.Москаленко М.А. Теоретическое и экспериментальное исследование предельной прочности кничннх соединений бортового набора судов ледового плавания и швартующихся в море.-Владивосток, 1990-24 с.ил. Деп. в В/О "Мортехлнформреклама" 26.02.90. Н1076-МФ.

3.Москаленко М.А. Шемендюк Г,П. Теоретические основы оценки технического состояния кничннх соединений судов ледового плавания //XXXII Всесоюзная межвузовская научн.-техн.конф. ТОВМУ: Тез. докл.- Владивосток, 1989.-С.146-147.

4.Москаленко М.А. Оценка предельных пластических

возможностей судокорпусных сталей //XXXIII Всесоюзная межвузовская научн. тохн.конф.ТОВМУ; Тез.докл, -Владивосток, I990.-C.I4I-I44,

5.Москаленко U.A., Крикун В.И. Использование гребенчатой разделки при ремонте трещин в судовых корпусных конструкциях // Повышение эффективности и качества судоремонта и технического обслуживания флота.-Владивосток; ДВГМА. 1991. С. 7U-72.

6.А.с. IG87500 СССР ГЖИ В63 В 3/26, 3/30. Узел соединения пересекающихся балок разновысокого набора корпуса судна /М.А.Москаленко. Опубл. 30.10.91. Бюл. 4G.

7.Патент (Россия) выдан взамен а/с 1593876 СССР, мки В23 Р 6/04. Способ ремонта трещин/ Н.А.Москаленко. Опубл.23.09.90. Бюл.35. изменение внесено в Государственный реестр изобретений СССР 20.11.91.

Подписано к печати IS.II.93 йормат 60хо4/1б. Усл.печ, л.1,0. Тираа 100 экэ. Заказ № бесплатно

Отпечатано в офсетной лаборатории ДВШ1 Ь90065, Владивосток, ул.Берзашпортовая.БОа