научная статья по теме ВЛИЯНИЕ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ ОТ СБОРКИ И СВАРКИ МОНТАЖНЫХ СТЫКОВ НА ЦИКЛИЧЕСКУЮ ПРОЧНОСТЬ КОРПУСНЫХ КОНСТРУКЦИЙ Машиностроение

Текст научной статьи на тему «ВЛИЯНИЕ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ ОТ СБОРКИ И СВАРКИ МОНТАЖНЫХ СТЫКОВ НА ЦИКЛИЧЕСКУЮ ПРОЧНОСТЬ КОРПУСНЫХ КОНСТРУКЦИЙ»

ТЕХНОЛОГИЯ СУДОСТРОЕНИЯ И МАШИНОСТРОЕНИЯ

СУДОСТРОЕНИЕ

бодной от каких-либо предметов палубы.

Выбор конкретного метода и его реализация определяется конструкцией корпуса и условиями строительства, ремонта или модернизации корабля.

Контроль формы прочного корпуса в районе вырезов рекомендуется осуществлять с помощью теодолита, адаптированного для работы на плаву. Главная ось теодолита выверяется перпендикулярно ЦКП, а визирная ось его зрительной трубы устанавливается перпендикулярно главной оси. Таким образом, при вращении теодолита вокруг главной оси визирная ось формирует измерительную плоскость, параллельную ЦКП.

По крайней мере, в пяти точках, по краям съемного листа и в центре его, а также, по крайней мере, в четырех точках по контуру выреза устанавливаются реперы в виде резьбовых бобышек с коническими отверстиями. На бобышках устанавливаются и принудительно центрируются по сферам, закладываемым в конические отверстия бобышек, нивелировочные рейки. Рейки выверяются перпендикулярно

Проблему сокращения трудоемкости сборки и сварки корпусных конструкций судов необходимо решать с учетом влияния технологической последовательности выполнения сборочно-сварочных операций на уровень остаточных сварочных напряжений (ОСН), от величины и характера распределения которых зависит циклическая и коррозион-но-циклическая прочность конструкции корпуса. В такой постановке представляет практический интерес проблема выбора оптимальной технологии сборки и сварки монтажных стыковых соединений секций и блоков корпуса корабля (рис. 1). В традиционном варианте (вариант I),

ЦКП. Кроме того, на жестком участке корпуса корабля, например, на прочной части надстройки, устанавливается контрольный репер для базирования измерительной плоскости теодолита. Далее с помощью теодолита в режиме нивелирования измеряется взаимное положение реперов съемного листа и реперов прочного корпуса в районе вырезов относительно контрольного репера на жестком участке корпуса. С помощью штихмасса и специального приспособления измеряются расстояния между реперами СЛ и вырезов. Указанные измерения выполняются до и после вскрытия вырезов, при установке СЛ на хранение, при установке и вварке СЛ.

Возможен также контроль формы СЛ и вырезов с помощью измерительных станций, оборудованных электронными теодолитами и тахеометрами. Электронные теодолиты и тахеометры должны быть адаптированы для работы на качающемся основании.

Для создания определенной формы СЛ устанавливают упреждающие технологические подкрепления или используют технологические стяжки и домкраты.

принятом еще в 50-х годах [1], вначале последовательно собирают и сваривают стыковые соединения обшивки, а затем соединения балок набора. Предполагается, что при такой последовательности в обшивке возникают благоприятные для повышения циклической прочности конструкции сжимающие остаточные напряжения, а в пересекающих балках набора — растягивающие (что не отражается на циклической прочности конструкции в целом, так как усталостные трещины ориентируются в обшивке вдоль линии шва). Такой вариант предполагает большое количество временных приварных креплений для устранения разностен-

Заключение. 1.Разработана технология сохранения жесткостных характеристик прочного корпуса ПЛ при одновременном вскрытии нескольких съемных листов в процессе ремонта лодки на плаву. Технология включает: методы и средства контроля общих и местных деформаций корпуса; определение фактической жесткости корпуса на любом этапе ремонта; последовательность действий при вскрытии и установке съемных листов; программное обеспечение для ПЭВМ.

2. Разработана методология, которая может быть после проведения дополнительных исследований и практических работ положена в основу обоснованной сертификации корпусов ПЛ, находящихся в эксплуатации (учета эксплуатационного износа).

Литература

1. Гаврилюк Л. П. Расчетно-эксперименталь-ный метод прогнозирования упругой линии корабля при постройке и ремонте//Материа-лы Второй международной конференции по судостроению ^С98. ЦНИИ им. акад.

А. Н. Крылова, 1998.

2. Гаврилюк Л. П. Анализ погрешностей существующих методов и средств контроля упругой линии судна на плаву//Технология судостроения. 1981. № 7.

ности обшивки и подгонки стыкуемых кромок под сварку, а также дополнительный нагрев обшивки при выполнении пригоночных работ. Эти промежуточные операции существенно увеличивают трудоемкость выполнения работ по монтажным стыкам. По статистическим данным трудоемкость установки и последующего демонтажа временных приварных креплений при стыковании секций и блоков корпуса составляет более 20% объема всех сборочных работ.

В настоящее время в гражданском судостроении применяется также технология, по которой в первую очередь выполняется сборка и сварка стыковых соединений балок набора, пересекающего стык обшивки, а затем — сварка монтажного стыкового соединения обшивки (вариант II) [2]. Этот вариант позволяет значительно сократить объем временных приварных креплений и правочных операций, расширяется также возможность использования средств механизации при монтаже стыкового соединения. Однако применение этой технологии для цикличе-

ВЛИЯНИЕ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ ОТ СБОРКИ И СВАРКИ МОНТАЖНЫХ СТЫКОВ НА ЦИКЛИЧЕСКУЮ ПРОЧНОСТЬ КОРПУСНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

А. В. Ильин, канд. техн. наук, В. П. Леонов, канд. техн. наук

(ГНЦ ЦНИИ КМ «Прометей»), В. Н. Хвалынский,

канд. техн. наук (ГНЦ ЦНИИТС) УДК 621.791.°19:539.319:629.5.023-192

СУДОСТРОЕНИЕ 5'1VW

ТЕХНОЛОГИЯ судостроение И МАШИНОСТРОЕНИИ

ски тяжело нагруженных конструкции до сих пор вызывает опасения, поскольку возможно снижение усталостной прочности (монтажный стыковой шов выполняется в условиях ограничения свободной поперечной усадки, так как ей препятствует уже сваренный набор) — в этом случае следует ожидать повышения уровня растягивающих ОСН и, как следствие, снижение циклической прочности.

Как правило, обсуждение преимуществ и недостатков вариантов I и II до сих пор носит качественный характер. Поэтому представляют интерес количественные данные по уровню ОСН при различной последовательности сборки и сварки, оценка влияния этих изменений на циклическую прочность. Кроме того, при анализе следует учесть, что в варианте II возможно снижение уровня растягивающих ОСН, если сварку стыкового шва обшивки, перепущенного над монтажным стыком набора, производить до приварки набора к обшивке на этом участке. Тогда в монтажном стыковом шве имеет место промежуточный уровень ОСН, приближающийся к первому или второму варианту в зависимости от длины I. перепущенного участка (см. рис. 1).

С целью решения этой задачи целесообразно выполнить расчетную оценку ОСН при указанных вариантах формирования монтажных соединений корпуса. Применение аналитических методик оценки ОСН предполагает использование ряда допущений: гипотезы плоских сечений (плоскость XV) при остывании сварочной ванны и предположения о независимости формирования продольной 0г и поперечной 0х составляющих ОСН [3]. При сварке однопроходного стыкового шва это приводит к распределению напряжений (рис .2). Составляющая 02_ в сварном соединении и зоне термического влияния достигает предела текучести по всей длине шва за исключением областей в начале и в конце сварного соединения. Напряжения 02_ компенсируются сжатием в окружающем металле; для широких свариваемых листов уровень напряжений сжатия и размер зоны, в которой они действуют, в рамках данных расчетных схем остаются неопределимыми. Составляющая 0х зависит от соотношения скорости сварки и длины шва между точками

Рис. 1. Фрагмент корпусной конструкции:

1 — монтажный стыковой шов обшивки; 2 — стыковой шов набора; 3 — угловой шов соединения набора с обшивкой; — длина незавариваемого участка шва соединения набора с обшивкой

креплений. Если предположить, что скорость сварки достаточно велика для одновременного выполнения шва, то 0х (х,у) = 0. При использовании таких допущений невозможно получить сколько-нибудь удовлетворительное описание изменения ОСН от сварки стыковых соединений с пересекающим шов обшивки набором для рассматриваемых вариантов сборки (поскольку в окрестности участков резкого изменения жесткости свариваемых деталей гипотеза плоских сечений не выполняется). Кроме того, нельзя уйти и от рассмотрения лишь варианта однопроходной сварки.

Поэтому для решения сформулированной задачи единственно приемлемым является использование метода конечных элементов (МКЭ), который в рассматриваемом случае требует использования некоторых дополнительных приемов и допущений из-за фактической невыполнимости решения термодеформационной «сварочной» задачи в реально трехмерной постановке — необходимо сведение ее к двухмерным аналогам. В настоящей работе использовался программный комплекс, алгоритм которого описан в работах [4, 5], реализующий решение термодеформационной задачи в двухмерной постановке для идеально упруго пластического тела. Расчеты выполнялись применительно к стали с пределом текучести О02 = 500 МПа, предполагалось отсутствие гистерезиса прямого (а ^ у) и обратного (у ^ а) фазового перехода при термическом цикле сварки, что позволяет получить достаточно точные результаты для судокорпусных сталей с 002 ^ 500 МПа. Алгоритм приспособлен для моделирования пошагового заполнения металлом сварочной ванны. Это дает возможность имитировать многопроходную сварку при

рассмотрении задачи в плоскости XV в предположении об одновременном выполнении каждого прохода по всей длине шва и неизменной податливости свариваемых элементов вдоль оси 1 или рассматривать вариант однопроходной сварки в плоскости XI, что позволяет анализировать неодновременность выполнения сварки и изменение податливости по оси 1. Решение трехмерной задачи тогда может быть обеспечено сочетанием обоих двухмерных решений; т. е. для многопроходной сварки в плоскости XI производится как для «квазиоднопроходной», при которой моделируется тепловложение, обеспечивающее поперечные свободные усадочные перемещения, равные найденным при решении задачи в плоскости XI. при отсутствии закреплений свариваемых элементов.

Рис

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Машиностроение»