Влияние сварочных процессов на пространственную устойчивость усиливаемых под нагрузкой элементов стержневых конструкций

• Автор: Михаськин, Владимир Владимирович
• Шифр специальности: 05.23.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 201 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение.

1. Современное состояние вопроса. Постановка задач исследования.

1.1. Развитие методов проектирования и расчта усиления конструкций. Способ увеличения сечения
1.2. Краткий анализ работ, посвящнных исследованию сварочных напряжений и деформаций.
1.3. Основы расчта тонкостенных стержневых элементов на устойчивость при упругой стадии работы материала.
1.4. Краткий обзор исследований, посвящнных расчту тонкостенных стержней по пространственнодеформированной схеме

за пределом упругости

1.5. Цели и задачи работы.

2. Основы теоретического определения сварочных напряжений и деформаций в сечении элемента

2.1. Предварительные замечания

2.2. Основные физические и механические явления, влияющие на образование деформаций и напряжений при сварке.
2.2.1. Дилатометрический эффект и структурные превращения.
2.2.2. Фазовые превращения.
2.2.3. Упрочнение металла околошовной зоны.
2.2.4. Усадочная сила продольная и поперечная усадка
2.3. Теоретическое определение температурных полей от воздействия сварочной дуги
2.4. Анализ температурных полей.
2.5. Методика учта сварочных напряжений и деформаций.
Метод Н.О.Окерблома
2.6. Выводы по главе
3. Напряжннодеформированные и предельные состояния в сечениях стержневых элементов открытого профиля.
3.1. Принятые гипотезы и допущения
3.2. Методика определения напряжений и деформаций в сечении усиливаемого при помощи сварки элемента.
Алгоритм Сечение.
3.3. Численное исследование влияния сварочных напряжений
на прочность усиленного сечения
3.3.1. Влияние термического эффекта от действия сварки
на характер распределения напряжений и деформаций
3.3.2. Влияние временных и остаточных сварочных
напряжений на прочность
3.4. Выводы по главе
4. Пространственные деформации и устойчивость усиливаемых под нагрузкой при помощи сварки стержневых элементов
открытого профиля.
4.1. Принятые гипотезы и допущения. Уравнения равновесия упругого тонкостенного стержня.
4.2. Учт смещения центра тяжести и центра изгиба при усилении
4.2.1. Использование фиктивных элементов
4.2.2. Замена элемента усиления эквивалентной продольной
4.3. Метод решения системы деформационных уравнений.
4.3.1. Предварительные замечания
4.3.2. Алгоритм Стержень.
4.4. Алгоритм решения. Метод учта сварочных напряжений и деформаций
4.5. Анализ некоторых результатов численного исследования устойчивости.
4.5.1. Влияние взаимного расположения элемента усиления и точки приложения внешней силы на устойчивость усиленных стержней.
4.5.2. Влияние величины эксцентриситета на устойчивость усиленных стержней.
4.5.3. Влияние способа усиления на пространственное деформирование усиливаемых стержней
4.5.4. Сравнение результатов расчтов по пространственнодеформированной и плоской схемам.
4.5.5. Сравнение результатов расчтов по алгоритму
Стержень и методу конечных элементов.
4.6. Инженерная методика расчта усиленных стержней на пространственную устойчивость
4.7. Выводы по главе
5. Экспериментальные исследования пространственных деформаций и
устойчивости при усилении двутавровых стержней
под нагрузкой с применением сварки
5.1. Цель и задачи исследования.
5.2. Опытные образцы
5.3. Конструирование соединений элементов.
5.4. Механические характеристики стали
5.5. Испытательная установка
5.6. Измерительные приборы и оборудование.
5.7. Методика проведения эксперимента.
5.8. Анализ и сопоставление результатов эксперимента с теоретическими исследованиями
5.9. Натурные исследования сварочных температурных полей
с помощью метода тепловидения
5 Выводы по главе.
Основные выводы
Список литературы


Физически смысл отражнных источников заключается в повышении температуры у граней элемента относительно средних областей ввиду стеснения теплового потока. Преобразование уравнений Н. Н.Рыкалина 9 для учта ограниченности размеров изделия также было выполнено К. М.Гатовским с помощью разработанного обобщнного поля, характеризуемого безразмерными параметрами. Подытожив, отметим, что большинство исследователей, занимающихся вопросом определения сварочных напряжений и деформаций, использовали для определения температурных полей положения теории Н. Н.Рыкалина. Подробнее об этом будет сказано в п. В настоящее время наиболее точно подобные вопросы решаются в виде температурных задач теории пластичности, учитывающих подвижность поля температур, сложное нагружение, зависимости механических и теплофизических свойств металла от температуры. Однако не во всех случаях требуются такие точные решения, которые к тому же требуют больших затрат времени и средств. Часто приемлемый результат в состоянии обеспечить приближнные методы. Первые расчтные методы, разработанные в различное время Г. А. Николаевым , И. О.Окербломом1 0 и К. М.Гатовским , носили графоаналитический характер. За основу принимались следующие основные допущения одноосность сварочных напряжений во внимание принимают только напряжения, действующие в направлении, параллельном оси шва такое предположение означает, что отдельные волокна металла расширяются беспрепятственно по ширине и толщине, гипотеза плоских сечений, гипотеза об одновременности укладки шва позволяет не рассматривать движение температурного поля вдоль оси сварного шва считается, что теплоту при сварке вводят сразу по всей длине шва, и в дальнейшем она распространяется только в поперечном относительно шва направлении, материал идеально упругопластический, модуль упругости и коэффициент линейного расширения во всем диапазоне температур приняты постоянными. Первоначально объектом исследования служила полоса, на кромку или середину которой наносился сварной шов. Для такой модели были разработаны и первые теоретические способы определения напряжений и деформаций. Г.А. Ииколаевым впервые были разграничены в сварном соединении зоны пластических, упругопластических и упругих деформаций. Метод определения сварочных напряжений Н. О.Оксрблома будет изложен в п. Н.О. Окерблома Сварочные напряжения и деформации 0. В работе Н. О.Окерблома установлена связь между режимом сварки, сечением наплавляемого валика и коэффициентом наплавки, которая позволила определить зависимость между деформациями и напряжениями полосы с одной стороны и сечением валика и режимом наплавки с другой, то есть проанализировано влияние режима сварки на величину вызываемых ею деформаций и напряжений. Идеи Н. О.Окерблома были развиты в работах его ученика И. П.Байковой 5, 6, 7, 8. В 8, например, проведнными исследованиями подтверждено то положение, что процесс развития угловых и поперечных деформаций в полной мере подобен процессу развития кривизны и продольных деформаций при наплавке валика на кромку полосы, отражнному в 0. Это означает, что при1 одновременном выполнении валика по всей длине листа, определение угловых и поперечных деформаций может быть произведено, пользуясь общим методом, теории сварочных деформаций и напряжений. Также обращается внимание и на то обстоятельство, что угловые и поперечные деформации, являясь проявлениями одного и того же процесса, взаимосвязаны, вследствие чего недопустимо для определения тех и других принимать различные предпосылки. Рассматривая прерывистую сварку шпонками, характеризующуюся меньшей длиной швов по сравнению со швом напроход, в было показано, что конечные деформации могут быть как меньше, так и больше деформаций при непрерывной сварке, в зависимости от ширины полосы и отношения длины шпонки к шагу прерывистого шва. Было доказано, что упругое укорочение элемента после сварки не вносит отклонений в поведение элемента под нагрузкой упругоиластическое укорочение элемента при сжатии сопровождается образованием пластических деформаций укорочения в упругой части сечения сварного элемента, что приводит к повышенной деформативности его под нагрузкой.