Разработка методов анализа и проектирования сварочной технологии на основе компьютерного моделирования термодеформированного и структурного состояния сварных конструкций

• Автор: Киселев, Алексей Сергеевич
• Шифр специальности: 05.03.06
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 317 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. Современные подходы к моделированию сварочных
и сопутствующих процессов
1.1 .Особенности анализа сварных соединений
1.2.Принципы и методы компьютерного моделирования
1.3.Методы решения нелинейной, нестационарной задачи теплопроводности
1.4.Методы решения задачи термоупругопластического деформирования
1.5.Компьютерное моделирование структурных превращений
1.6.Моделирование процессов термообработки
1.7.Методы оценки технологической прочности сварных конструкций
Выводы по главе
Глава 2. Развитие методов решения нелинейных задач теплопроводности и термоупругопластичности применительно к
процессам сварки, наплавки и термообработки
2.1 .Разработка методики решения нелинейных задач нестационарной теплопроводности с учетом структурных превращений при сварке и наплавке на базе метода элементарных
тепловых балансов
2.2.Разработка методики решения нелинейных термоупругопластических задач применительно к сварочным процессам с учетом структурных превращений на базе метода конечных элементов
2.3.Разработка методики моделирования термодеформационных процессов при сварке и наплавке в трехмерной постановке на

базе метода суперэлементов
2.4.Разработка методики расчета НДС конструкций при эксплуатационной нагрузке с учетом предварительного технологического воздействия
Выводы по главе
Глава 3. Разработка и верификация программного обеспечения
3.1.Общие принципы формирования программного комплекса
для моделирования сварочных и сопутствующих процессов
3.2.Структура ПК «VELD3D»
3.3.Верификация программного обеспечения и разработанных алгоритмов решения
3.3.1 .Анализ НДС стыковых соединений при электродуговой
сварке и проплавлении пластин
3.3.2.Исследование технологических процессов электродуговой сварки труб встык
3.3.3.Исследование тепловых процессов при закалке колес
вагонов методом спрейерного охлаждения
Выводы по главе
Глава 4. Оценка стойкости сварных соединений против образования горячих трещин с учетом технологических и
конструктивных факторов
4.1 .Разработка расчетно-экспериментальной методики оценки технологической прочности изделий при сварке
4.2.Анализ влияния технологических параметров электроннолучевой сварки труб из никелевого сплава на сопротивляемость образованию горячих трещин
Выводы по главе

Глава 5. Анализ термодеформационных процессов, структурных превращений при термической обработке, наплавке и других технологических и эксплуатационных воздействиях на железнодорожные колеса
5.1.Разработка методических положений компьютерного моделирования технологических и эксплуатационных процессов, связанных со спецификой железнодорожных колес
5.2.Компьютерное моделирование термодеформационных процессов и структурных превращений в колесах при их
закалке и отпуске
5.3.Моделирование НДС колес при восстановлении их наплавкой
5.4.Моделирование кинетики НДС колеса при эксплуатационных нагрузках
Выводы по главе
Общие выводы и результаты работы
Список литературы
Приложение (акты внедрения)

время машинного счета задачи. Первая из названных проблем в МСЭ еще более остра, чем в обычном МКЭ. Связано это с необходимостью построения громоздкой иерархии подструктур, составления многоступенчатой нумерации объектов, выявления топологической связи элементов, что при выполнении расчетов фактически производится вручную.
Использование конечных элементов простой геометрической формы с линейной аппроксимацией поля перемещений для расчета прочности трехмерных задач приводит в МКЭ к системам алгебраических уравнений очень высокого порядка. Решение таких систем становится крайне затруднительным даже при использовании современных ЭВМ. В связи с этим и появились новые варианты МКЭ, а вернее, новые суперэлемент-ные методы, основная цель которых заключается в уменьшении числа основных неизвестных дискретизированной модели рассчитываемой конструкции. К числу таких новых конечно-элементных методов можно отнести: метод конечных полос (МКП), метод конечно-элементных комбинаций (МКЭК), метод редуцированных элементов (МРЭ), метод пространственных конечных элементов (МПКЭ) и метод модуль-элементов (ММЭ). Кратко остановимся на содержании каждого из перечисленных выше методов.
Метод конечных полос. Основная идея метода полос была впервые сформулирована В. 3. Власовым в его работах по теории расчета призматических складчатых оболочек [95]. Искомая функция каждого из перемещений как функция двух переменных представляется в виде произведения двух функций, одна из которых является заданной функцией одного переменного (заранее выбранной), а другая - неизвестной, подлежащей определению функцией другого переменного. В дальнейшем этот прием был использован Л. В. Канторовичем, он известен в литературе как вариационный метод Власова — Канторовича. Та же идея реализована в полуаналитическом методе расчета пластин и цилиндрических оболочек,