CC BY
21
ВЕСТНИК 1/2011
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ГЕОМЕТРИИ СОЕДИНЯЕМЫХ ЭЛЕМЕНТОВ НА РАСПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ В СВАРНЫХ ФЛАНГОВЫХ ШВАХ В ЛИНЕЙНОЙ И НЕЛИНЕЙНОЙ ПОСТАНОВКЕ
STUDY OF UNITED COMPONENTS GEOMETRY IMPACT ON THE STRESS DISTRIBUTION IN THE JOINT SIDE-LAP WELDS IN LINEAR AND NONLINEAR FORMULATION
B.A. Белов, A.A. Гусев, C.B. Щербина
V.A. Belov, A.A. Gusev, S.V. Scherbina
МГСУ
В работе установлена зависимость между геометрией прикрепляемого элемента и напряжениями в различных сечениях фланговых швов.
In the research stress-geometry relation into the different joint side-lap welds sections has been established.
В развитие работ [1-6], проведено моделировиие напряженно-деформированного состояния четырех образцов тавровых (рис.1 а,б) и нахлесточных (рис.1 в,г) соединений с постепенным уменьшением расстояния между фланговыми швами, при соответствующем увеличении толщины прикрепляемого элемента. При этом сохранялась площадь поперечного сечения прикрепляемого элемента и возрастала величина обобщенного геометрического параметра а [2], в котором определяющим является расстояние между швами. В работах [1-6] установлено падение эффективности работы фланговых швов по их длине, с увеличением параметра а или расстояния между швами.
На основе конечноэлементного моделирования выполнен срвнительный анализ полей напряжений в сварных швах по границам сплавления с основным и прикрепляемым элементами в линейной и нелинейной постановке.
Для расчетов в работе использовался лицензионный программный комплекс по методу конечных элементов ANSYS версия 12.1, установленный в Научно-Образовательном Центре Компьютерного Моделирования (НОЦ КМ) МГСУ.
Поставленная задача была решена в форме макросов - подпрограмм на внутреннем языке программирования APDL. Для моделирования использовались объемные шестигранные двадцати узловые элементы типа SOLID186.
Учитывая особенности задачи, конечноэлементная сетка в районе сварных швов, и особенно в концевых участках, сгущалась. Для верификации был сделан ряд расчетов с различным количеством и размерами конечных элементов. Для окончательного анализа в каждой из четырех моделей образцов использовалось около 180 000 конечных элементов и около 190 000 узлов. Нагрузка принималась равной расчетной для предельно допустимой длины флангового шва равной 240 мм., при катете 4 мм. В нелинейной постановке в модели закладывались прочностные характеристики стали соединяемых элементов и электродного материала.
1/2011
ВЕСТНИК _МГСУ
В)
ни
Образец 1
Образец 2
Щ
Образец 3
г)
ж
г
Образец 4
Рис. 1 Трехмерные модели четырех образцов иахлесточиых (а,б) и тавровых соединений (в,г) с изменяемой геометрией прикрепляемых элементов.
РГ
0,995
а)
О,«
ОЛИ
0.96
0.555
№
0.?Е5
■ 055
4 1 7 3 Л
Нипчр» о^ричо» Номера ойрщов
Рис.2 Графики относительных значений средних приведенных напряжений в корне шва для линейного (а) и нелинейного (б) расчетов
По результатам расчета, выполнен сравнительный анализ относительных значений средних напряжений в корне шва для линейного (рис.2а) и нелинейного (рис.2б) расчетов. На рис.3 и рис.4 представлены поля напряжений по границам сплавления сварного шва с основным (рис.3а,4а) и прикрепляемым (рис.3б,4б) элементами в линейной (рис.3) и нелинейной (рис.4) постановке. На рис.3 заметно возрастание максимальных напряжений в фланговых швах с первого по четвертый образцы, а на рис.4 хорошо видно увеличение зоны пластичности, показанной красным цветом. Таким обрзом, на полученных графиках и рисунках, хорошо видно падение эффективности работы фланговых швов по их длине, с увеличением расстояния между швами, как в линейной, так и нелинейной постановках.
ВЕСТНИК МГСУ
1/2011
а)
б)
Рис.3 Поля приведенных напряжений в сварных швах четырех образцов, по границе сплавления с основным (а) и прикрепляемым (б) элементами, в линейной постановке.
1
2
3
4
1/2011
ВЕСТНИК
_МГСУ
ВЕСТНИК 1/2011
Результаты анализа подтверждают необходимость выполнения расчета сварных угловых швов в нормах не по двум, а по трем сечениям, что позволит, применяя раз-нокатетные швы, значительно сократить объем наплавленного металла.
Литература
1. Белов В.А. Исследование работы сварных соединений с фланговыми швами большой протяженности // Металлические конструкции: Сб. тр. МИСИ им. В.В. Куйбышева. - М. - 1984. - С.103-110.
2. Белов В.А. К расчету сварных соединений с фланговыми швами большой протяженности //Механизация строительства № 11. -1992. -с.19-20.
3. Белов В. А. Совершенствование расчета сварных соединений с фланговыми швами большой протяженности. // Экологическая безопасность в строительстве: Материалы Междунар. науч.симпоз. 28-30 октября 1998г. - М.: МГСУ, 1998. - с.128-130.
4. Белов В. А. Совершенствование сварных металлических конструкций // Совершенствование металлических конструкций на стадиях расчета, конструирования, изготовления, усиления: Тез. докл. междунар. семинара- выставки 9 - 12 февраля 2005г. - М.: МГСУ, 2005. - с.25-32.
5. Белов В.А. Гусев А.А. Влияние геометрии фланговых швов на напряженно-деформированое состояние.// Вестник МГСУ №3 - 2010. - c.179-184.
6. Белов В.А.Гусев А.А. Влияние геометрии соединяемых элементов на напряженно-деформированное состояние сварных соединений с фланговыми швами. //Вестник МГСУ №2 -2010. - c.79-84.
The literature
1. Belov V.A., Research of the welded connections with joint side-lap welds of the big extent // Metal construction , MSUCE. 1984. -S. 103-110.
2. Belov V.A., For calculation of the welded connections with joint side-lap welds of the big extent // Construction work mechanization, MSUCE. 1992. -S. 19-20.
3. Belov V.A., Calculation improvement of the welded connections with joint side-lap welds of the big extent // Construction environmental safety, MSUCE. 1998. -S. 128-130.
4. Belov V.A., Improvement of metal weld-fabricated constructions //Improvement of the metal construction at a stage of calculation, building, fabrication, reinforcement, MSUCE. 2005. -S. 25-32.
5. Belov V.A., Gusev A.A. Study of the side-lap welds geometry impact on the deflected mode, MSUCE "Vestnik". 2010. -S. 179-184.
6. Belov V.A., Gusev A.A. Study of the united components geometry impact on the deflected mode of welded joints with side-lap welds, MSUCE "Vestnik". 2010. -S. 79-84.
Ключевые слова: Фланговые швы, сварные соединения, численное моделирование, напряженно-деформированное состояние, метод конечных элементов, ANSYS.
Keywords: Flank seams, welded joints, numerical modeling, the stress-stained state, finite element method, ANSYS
E-mail автора: belov@mgsu.ru Статья представлена редакционным советом «Вестник МГСУ»
