Прохоренко Одарка Володимирівна. Розробка та застосування методу складних перерізів для розрахунку залишкових деформацій від зварювання поздовжніх швів одномірних конструкцій

brief description

Прохоренко Одарка Володимирівна. Розробка та застосування методу складних перерізів для розрахунку залишкових деформацій від зварювання поздовжніх швів одномірних конструкцій : дис... канд. техн. наук: 05.03.06 / Національний технічний ун-т України "Київський політехнічний ін-т". — К., 2006. — 254арк. — Бібліогр.: арк. 214-222

Прохоренко О.В. Розробка та застосування методу складних перерізів для розрахунку залишкових деформацій від зварювання поздовжніх швів одномірних конструкцій. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.03.06 Зварювання та споріднені технології. Національний технічний університет України „Київський політехнічний інститут”, Київ, 2007.
В роботі представлена математична модель наближеного інженерного методу складних перерізів (МСП) для розрахунку на основі визначення функції усадки залишкового напружено-деформованого стану (НДС) і прогину поздовжньої осі при зварюванні поздовжніх швів (ПШ) одномірних зварних конструкцій (ОЗК) за схемами нагрівання потужним швидкодіючим лінійним джерелом (ПШЛД) та рухомим лінійним джерелом (РЛД). МСП апробовано шляхом розробки алгоритмів, програм та виконанням числових розрахунків НДС і залишкового прогину для модельних задач ОЗК типових поперечних перерізів та співставленням експериментальних результатів з розрахунковими. На основі МСП розроблено математичні моделі, алгоритми та програми для оптимізації погонної енергії зварювання ПШ другої черги за критерієм відсутності залишкового прогину для деяких видів геометричної форми поперечного перерізу ОЗК. Розв’язані числові модельні задачі. Результати розрахунків підтвердили працездатність розробленого методу розрахункової оптимізації тепловкладення при зварюванні за критерієм відсутності залишкового прогину для ОЗК, що мають декілька зон пластичного скорочення у поперечному перерізі. Кореляція розрахункових результатів по залишковому НДС з відомими літературними даними не є суперечливою. Розроблена математична модель методу розрахунку технологічних параметрів теплової правки залишкового прогину ОЗК типових поперечних перерізів для випадків, коли оптимізація погонної енергії зварювання швів другої черги неможлива з огляду на особливості геометричних форм деяких видів поперечних перерізів. Розроблені алгоритми, програми та виконані числові розрахунки модельних задач теплової правки залишкового прогину для чотирьох видів перерізу. Результати роботи знайшли практичне використання на вітчизняних підприємствах та в навчальному процесі вузів при підготовці фахівців зварювального виробництва.

1. Виготовлення ОЗК з поздовжніми швами в багатьох випадках супроводжується утворенням значного за величиною залишкового прогину поздовжньої осі конструкції, особливо при її пониженій жорсткості на позацентрове стиснення залишковою усадочною силою від зварювання поздовжніх швів.
2. Аналіз відомих інженерних методів розрахунку НДС ОЗК показав, що всі згадані методи мають ті чи інші недоліки, часто концептуального характеру, які в цілому зводять нанівець можливості на сучасному інженерному рівні якісного розв’язання науково-технічної задачі розрахунку НДС конструкції, величини очікуваного її залишкового прогину та оптимізації тепловкладення при зварюванні або тепловій правці з метою зменшення прогину і підвищення в такий спосіб точності виготовлення ОЗК.
3. Методи зменшення залишкового прогину, в основному, є наближеними, орієнтовними, трудомісткими, мало технологічними, енерговитратними, недостатньо підкріплені розрахунковими методами і потребують подальших досліджень.
4. Вперше на основі уявлень про кінетику пружно-пластичного деформування при зварюванні поздовжніх швів ОЗК розроблена математична модель для розрахунку функції усадки і побудови концепції більш точного методу складних перерізів з метою застосування його для визначення НДС, залишкового прогину та оптимізації тепловкладення при зварюванні чи тепловій правці ОЗК.
5. Вперше розроблено, експериментально перевірено і практично апробовано новий більш точний МСП для розрахунку НДС та прогину ОЗК при зварюванні ПШ. МСП розширює сегмент відомих інженерних методів, але концептуально відрізняється від них більш повним урахуванням кінетики пружно-пластичного деформування при зварюванні та наявністю методики розрахункового визначення в процесі розв’язання задачі функції поздовжньої усадки металу в околі зварних швів. Експериментальна перевірка результатів розрахунку усадочної сили за розробленим методом, а також порівняння її з розрахунками за методами інших авторів підтвердили якісну та кількісну адекватність розробленої математичної моделі, а також працездатність розробленого МСП, який більшою мірою узгоджується з результатами експериментів і поширюється на діапазон конструкцій пониженої жорсткості.
6. На основі МСП створені алгоритми і розроблені в математичному пакеті MathCAD прикладні програми для розрахунку НДС ОЗК, оптимізації (за наявності відповідних умов) тепловкладення при зварюванні швів другої черги за критерієм відсутності залишкового прогину, розрахунку технологічних параметрів теплової правки залишкового прогину. Характерною особливістю розроблених алгоритмів оптимізації є супутній моніторинг кінетики пружно-пластичних деформацій при зварюванні кожного поздовжнього шва, що дає можливість уникати значних помилок у процесі розрахунків в межах попередньо прийнятих припущень.
7. Показано, що незначне, в межах до, умовне розрахункове перевищення пружною деформацією рівняв окремих ЗПДС при зварюванні деяких із швів мало впливає на напружено-деформований стан конструкцій та параметри оптимізації погонної енергії зварювання швів другої черги, що дає можливість не проводити корекцію рівнянь розрахункової системи і тим самим зменшити відповідний обсяг додаткової роботи по розв’язуванню задачі.
8. Вперше розроблено двоваріантний напівобернений метод розрахунку технологічних параметрів теплової правки залишкового прогину ОЗК, зумовленого зварюванням поздовжніх швів.
9. Результати досліджень використані на підприємстві ВАТ „ХК „Луганськтепловоз” при виготовленні зварної балки електровоза 2ЕЛ-5 завдовжки 17 метрів з коробчастим поперечним перерізом із двох швелерів № 16 та на підприємстві ЗАО Луганський машинобудівний завод при проектуванні технології зварювання балки коробчастого перерізу грохота ГІЛ-52. Розроблені методи розрахунку також впроваджені в навчальний процес в НТУУ „КПІ”, Національному університеті «Львівська політехніка», ТДТУ ім. Пулюя, а також при підготовці міжнародних інженерів по зварюванню під егідою Міжнародного Інституту Зварювання у Міжгалузевому учбово-атестаційному центрі інституту електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України при вивченні дисципліни „Напруження та деформації при зварюванні” .