Методы расчета сварочных деформаций и напряжений судовых корпусных конструкций с применением метода конечных элементов, решений тепловой и деформационной задачи

• Автор: АЛФЕРОВ, Валентин Иванович
• Шифр специальности: 05.08.04
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 205 с. : 141 ил.

Содержание
Введение к диссертации и постановка задачи
1. История изучения вопросов, затронутых в диссертации
1.1 Основы тепловых расчетов применительно к условиям сварки
1.2 Упрощенные инженерные расчетные схемы нагрева металла сварочными источниками тепла
1.3 Анализ ограничений и недостатков методов расчетов остаточных сварочных деформаций, регламентируемых РД 5
2. Метод расчета сварочных деформаций судовых корпусных конструкций с применением МКЭ в статической постановке
2.1 Обоснование эквивалентных сил и узловых нагрузок, вызванных продольными и поперечными укорочениями в сварных монтажных швах
2.2 Тестовые примеры расчета сварочных деформаций узлов корпусных конструкций
3. Моделирование процесса сборки и сварки корпусных конструкций и разработка мероприятий по компенсации и снижению сварочных деформаций
3.1 Расчет остаточных деформаций полуобъемной секции днища
3.2 Расчетная оценка сварочных деформаций днищевого и палубного блоков корпуса крупнотоннажного судна
3.2.1 Учет конструктивных особенностей блоков при построении расчетных моделей МКЭ
3.2.2 Результаты расчетов остаточных сварных деформаций блоков корпуса крупнотоннажного судна
3.3 Математическое моделирование остаточных сварочных деформаций корпуса танкера при постройке на стапеле
3.3.1 Метод расчета сварочных деформаций при постройке корпуса танкера на стапеле
3.3.2 Результаты расчета сварочных деформаций корпуса танкера при постройке на стапеле. Оценка возможности компенсации сварочных деформаций

3.4 Расчетное обоснование с применением МКЭ технологии изготовления оболочечных конструкций корпуса с целью обеспечения минимальных сварочных деформаций
3.4.1 Конструктивные узлы сварных соединений и режимы сварки. Оценка параметров укорочений в монтажных соединениях
3.4.2 Моделирование процесса сборки и сварки отсека корпуса и результаты расчета сварочных деформаций
3.4.3 Технологические варианты 1 и
3.4.4 Технологические варианты 3 и
3.5 Расчетное обоснование технологии установки и вварки толстостенных комингсов в торо-сферическую оболочку при обеспечении технологических допусков на линейные размеры и эллиптичность
3.5.1 Моделирование сборки и сварки узлов пересечения торо-сферической и цилиндрических оболочек
3.5.2 Результаты расчетов остаточных деформаций при вварке комингсов в торо-сферическую оболочку
3.6 Расчетная оценка сварочных деформаций при модернизации корпуса крупнотоннажного судна и обоснование технологических мероприятий по их снижению
3.6.1 Математическое моделирование остаточных сварочных деформаций корпуса крупнотоннажного судна при замене секций в процессе его модернизации
3.6.2 Результаты расчетов остаточных сварочных деформаций корпуса крупнотоннажного судна. Разработка технологических мероприятий по их снижению
Заключение к разделу
3.6.3 Расчетная оценка сварочных деформаций корпуса крупнотоннажного судна в связи с проведением в кормовой оконечности сборочно-сварочных работ
3.7 Расчетная оценка с применением МКЭ остаточных деформаций и напряжений при изготовлении корпуса глубоководного аппарата

3.7.1 Технология сборки и сварки корпуса глубоководного аппарата и расчётные модели МКЭ
3.7.2 Результаты расчёта сварочных деформаций и напряжений при изготовлении корпуса глубоководного аппарата
Заключение к разделу
3.8 Моделирование исправления общих деформаций корпуса танкера в процессе капитального ремонта с использованием технологических средств в условиях горизонтального стапеля
3.8.1 Разработка расчетной модели МКЭ корпуса танкера с учетом остаточных деформаций конструкции и взаимодействия корпуса с горизонтальным стапелем
3.8.2 Моделирование процесса исправления общих деформаций корпуса с применением технологических средств и определение основных параметров процесса. Анализ результатов расчета
3.8.2.1 Технологический этап I
3.8.2.2 Технологический этап II
3.8.2.3 Технологический этап III
3.8.3 Технология капитального ремонта и восстановления судов типа «рекаморе» секционным методом
3.8.4 Требования Правил Российского Морского и Речного Регистра к обеспечению прочности ремонтируемых судов ограниченного района плавания
Заключение к разделу
4. Применение МКЭ для решения тепловой и деформационной задач расчета сварочных деформаций судовых корпусных конструкций
4.1 Основные цели расчета сварочных деформаций конструкций с применением МКЭ и решения термопластической задачи
4.2 Основные предпосылки разработки процедуры расчета сварочных деформаций и напряжений с применением МКЭ и термопластических решений

т{я,і)=
в 4 лХі

(20)
где г2=х2+у2, Л=а су
При действие мгновенного плоского источника в бесконечном теле получено следующее решение [44]:

-ехр

(21)
су(4т()]‘
Следует отметить, что приведенные решения (19-21) являлись основой для получения решений, связанных с нагревом изделий в процессе сварки подвижными сосредоточенными источниками. В некоторых случаях, когда время действия сварочного источника теплоты незначительно, для инженерных оценок возникающих при этом температурных полей эти решения можно было использовать непосредственно, например: при точечной сварке, приварке шпилек, постановке коротких прихваток и в некоторых других случаях.
При использовании подвижного точечного источника на поверхности полубесконечного тела решение имеет вид [44]:
2 дсІҐ
су[4т(/ - Г')]’
-ехр

(22)
4а(г - (')_
где =(хо-уУ+у'о- квадрат пространственного радиуса-вектора, характеризующего
отстояние точки А от выделенного мгновенного точечного источника в неподвижной системе координат ХУХ, V- скорость перемещения источника (см/с).
Полное изменение температуры в точке А на момент I равно суммарному действию всех сосредоточенных точечных источников на пути ОоО [44]:
с>Уо.г0
2 qdt'
у4паі{і - Г')]3
Г ехр

4а(/ - Iі)
(23)
При переходе к подвижной системе координат ХУЛ, связанной с источником, координаты точки А(хо,, у о,, г») в подвижной системе координат сооветственно равны: х=хо=уґ, у=уо, г=го-Введя новую переменную после преобразований можно получить [44]:
т{х, У,!,{)

Гехр[——] Г— 2 а ’ги'
;[!"]

з7ГехР
уУ Я1 4 а 4сЛ"
(24)
где: у-скорость перемещения источника (см/сек); Я - пространственный радиус-вектор, характеризующий отстояние точки А от начала координат 0 в подвижной системе координат XYZ: К+уЧг2.
Расчеты температурных полей по приведенным формулам, полученные для упрощенных расчетных моделей, использовались для разработки рациональных технологических решений при изготовлении сварных конструкций и имели следующие цели: