Прогнозирование остаточных сварочных напряжений и деформаций на стадии проектирования судового корпуса

• Автор: Лихобабина, Елена Александровна
• Шифр специальности: 05.08.03, 05.03.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Владивосток
• Количество страниц: 161 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ТЕМПЕРАТУРНЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ ПРИ ПОСТРОЙКЕ, ЭКСПЛУАТАЦИИ И РЕМОНТЕ СУДОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ

1.1 Общие сведения о проблеме температурных напряжений.

1.2 Деформация судового корпуса.

1.3 Изменение свойств материала корпуса.

1.4 Температурные напряжения.

1.5 Аналитический метод определения температурных

напряжений в точках судового корпуса.

1.6 Типичные поля температурных деформаций и остаточных

напряжений в сварных соединениях.

1.7 Механизм образования остаточных напряжений при сварке.
1.8 Основные гипотезы и допущения.
1.9 Методы определения остаточных напряжений.
Заключение по главе.
ГЛАВА 2. ИСХОДНЫЕ ПРЕДПОСЫЛКИ АЛГОРИТМА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧНЫХ СВАРОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ В ЭЛЕМЕНТАХ СУДОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ
2.1. Общие положения.
2.2 Определение остаточных сварочных деформаций для решения
деформационной задачи в рамках метода конечных элементов.
2.3 Основные зависимости
температурные напряжения в пластинах
компоненты деформации
компоненты напряжений
температурные напряжения в стержнях
геометрические уравнения
2.4 Обобщение зависимостей термоупругости на случаи задачи с
начальными деформациями.
2.5 Общие сведения из деформационной теории пластичности.
2.6 Модуль упругости сг
Кривая разгрузки
Заключение по главе.
ГЛАВА 3. ОСТАТОЧНЫЕ СВАРОЧНЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ В ПЛАСТИНЧАТЫХ ЭЛЕМЕНТАХ СУДОВЫХ
КОНСТРУКЦИЙ
3.1 Принцип минимума потенциальной энергии.
3.2 Преобразование принципа минимума потенциальной энергии для задач темпопластичности пластин.
3.3 Формирование вектора узловых нагрузок.
3.4 Алгоритм программы определения остаточных сварочных
напряжений.
3.5 К определению остаточных сварочных напряжений при сварке
пластин.
3.6 Оценка влияния геометрических размеров пластин на распре
деление остаточных сварочных напряжений.
3.7 О влиянии шага расчетной сетки на точность результатов.
Заключение но главе.
ГЛАВА 4. ОСТАТОЧНЫЕ СВАРОЧНЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ В ПЛАСТИНАХ, ПОДКРЕПЛЕННЫХ РЕБРАМИ
ЖЕСТКОСТИ
4.1 Общие положения.
4.2 Вариационное уравнение равновесия при исследовании
напряженно деформированного состояния подкрепленных пластин.
4.3 Функционал для решения задач в рамках классической теории
стержней
4.4 Напряженное состояние.
4.5 Вариационноразностный аналог функционала.
4.6 Матрицы жесткостей ребра, подкрепляющего пластину.
4.7 Алгоритм стыковки матриц жесткостей пластин и
подкрепляющих элементов.
4.8 Формирование вектора узловых нагрузок.
4.9 Распределение остаточных напряжений в пластинах, подкреп
ленных ребрами жесткости
4. О релаксации остаточных напряжений в пластинах, подкрепленных ребрами жесткости
4. Учет особенностей судовых конструкций при анализе остаточного поля сварочных напряжений и деформаций
4. О подтверждении одной из версий гибели танкера Находка.
4. Остаточные поля интенсивности деформаций и напряжений при установке вварных листов в районе закруглений люковых вырезов
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЯ


Если температура распределяется по всему корпусу судна равномерно, или, если создаваемые температурные градиенты имеют линейный характер, то ее действие сводится либо к равномерному увеличению объема деталей корпуса, либо к изгибу корпуса, либо к обоим этим явлениям одновременно. Причем в любом из этих случаев никаких добавочных напряжений в корпусе не возникает []. Однако наличие указанных условий в судовом корпусе является маловероятным и, в большинстве случаев, характер температурных градиентов получается таким, что вызываемые ими деформации сопровождаются появлением добавочных напряжений. Первые исследования, связанные с изучением влияния изменений температуры на поведение судового корпуса, были посвящены вопросу о влиянии температурных деформаций судового корпуса на осадку судна. На судах других типов деформации корпуса, обусловленные колебаниями температуры, в нормальных эксплуатационных условиях являются небольшими, и их влияние на величину действующих в корпусе напряжений имеет второстепенное значение. Наиболее важным обстоятельством в изменении свойств материала корпуса у судостроительных сталей является склонность к хрупкому разрушению при пониженных температурах. Многие из случаев разрушения судовых корпусов были обусловлены возникновением хрупких трещин при низких температурах, а также с возрастанием растягивающих напряжений в судовом корпусе (в результате резкого изменения температуры). Относительно изменения прочих свойств сталей в области положительных температур, встречаемых в нормальных эксплуатационных условиях судна, имеются весьма скудные сведения. Результаты некоторых испытаний в этой области приведены в работе []. Располагаемые по этому вопросу данные могут быть резюмированы следующим образом. У многих сталей модуль нормальной упругости изменяется линейно при температурах в интервале (-0)сС. Причем с повышением температуры модуль упругости понижается. Коэффициент пропорциональности равен МПа на °С. Сг = Я/2(1 + н). Большое практическое значение имеет возрастание временного сопротивления стали по мере повышения температуры; так, например, при температуре 0°С оно возрастает примерно на % против его значения при нормальной температуре. Предел упругости изменяется в гораздо меньшей степени. По мере повышения температуры до 0°С он возрастает примерно на 0,1%. Это явление следует рассматривать как результат совместного действия повышения температуры и самоупрочнения (наклепа) стали в процессе ее деформации под влиянием напряжений, вызванных ее тепловым расширением. Коэффициент теплового расширения у мягких углеродистых статей с повышением температуры возрастает примерно с -"* при температуре 0°С до -^ при температуре 0°С, причем от продолжительности действия температуры эти числа не зависят. Влияния температурных изменений в пределах (ч-0)°С на усталостные характеристики стали не удалось найти никаких данных. Имеются более полные сведения о поведении алюминиевых сплавов при повышенных температурах, что объясняется интересом самолетостроителей к этому вопросу. Таблицы с соответствующими данными для целого ряда алюминиевых сплавов приведены в работе []. Наиболее полное исследование вопроса о температурных напряжениях в судовом корпусе было произведено Хехтманом []. Им было изучено значительное количество случаев повреждений на судах и условия, при которых каждый из этих случаев имел место. В результате он пришел к выводу, что примерно в % из рассмотренных им случаев, в корпусе судна имелись значительные температурные напряжения. С выше, чем во время последующей их перевозки на этом же танкере). С). Резкие изменения температуры забортной воды (так, например, в водах Г ольфстрима в районе Американского побережья разность температуры может достигать ,5°С в течение 6 часов плавания). Резкие изменения температуры наружного воздуха (в случаях аварий, исследованных Хехтманом, амплитуда температурных изменений наружного воздуха колебалась от 8 до °С). По данным полярного капитана. Героя Социалистического Труда Абаносимова В. И. [I], в научно-производственном рейсе в Вархаламскую губу в г. С. График суточных колебаний воздуха в период выгрузки на припай приведен на рис.