исследовательская часть дипломного проекта. ИЧ25docx. В настоящее время большинство металлических конструкций изготавливают используя дуговую сварку плавлением
 Скачать 1.52 Mb.
|
|
ВВЕДЕНИЕ Неразъемные соединения и техника их создания являются базовыми отраслями современного производства и их развитие на современном этапе, связанное с постоянным усложнением условий эксплуатации изделий, разработкой и широким внедрением новых конструкционных материалов, расширением объемов применения защитных покрытий, ставит перед специалистами сложные проблемы технологического и конструкторского характера. Для решения этих проблем в работах [1, 2] предлагается использовать комплексный подход, при котором испытания неразъемных соединений рассматриваются как обязательный элемент системы формирования их свойств [1]. Кроме того, предложено рассматривать получение неразъемных соединений как единый процесс взаимодействия технических решений в области сварки, пайки, склеивания и механического скрепления в совокупности с подготовительными операциями. [2]. Этот перечень можно дополнить мероприятиями, осуществляемыми после непосредственного образования неразъемного соединения (снятие остаточных деформаций и напряжений, удаление брызг расплавленного металла, термическая обработка для устранения нежелательных структур, образовавшихся в зоне термического влияния, устранение концентраторов напряжений). Таким образом, рекомендации работ [1, 2] являются предпосылками для системного подхода к технике создания неразъемных соединений, который коренным образом повышает эффективность управления в любой сфере деятельности, в частности, обеспечивает улучшение технико-экономических показателей сварочного производства. По современным представлениям системный подход является способом организации действий, который позволяет выявлять закономерности и взаимосвязи внутри исследуемого объекта с целью их более эффективного использования. Поэтому системный подход является не только методом решения задач, но и методом их постановки, что позволяет поднять познание на более высокий уровень по сравнению с более простым уровнем предметного познания. В настоящее время большинство металлических конструкций изготавливают используя дуговую сварку плавлением. Наиболее распространенными типами сварных швов при этом являются угловые швы в нахлесточных и тавровых соединениях [3]. Для снижения ресурсоемкости таких соединений обычно применяют разделку кромок [3] и односторонние тавровые соединения [4]. а выполнение скоса соединяемой кромки, его форма и размеры коренным образом меняют процесс сварки плавлением [4- 6]. Т.е., более продуктивным подходом к технике создания неразъемных соединений является включение подготовительных операций в единый технологический процесс [7]. Однако в настоящее время подготовительные операции, связанные с выполнением разнообразных скосов кромок производственниками рассматриваются как дополнительная операция усложняющая общий технологический процесс. В результате. сварочное производство в Республике Беларусь по сравнению с показателями индустриально развитых стран характеризуется более высокой ресурсоемкостью, более значительной массой основного металла и конструкции в целом, а также пересыщенностью сварными швами и соответственно большим объемом наплавленного металла [6, 8]. Для решения основных задач, стоящих перед специалистами сварочного производства широко применяются методы технологического и конструкторского характера. При этом к настоящему времени более широко распространены методы и подходы, связанные с технологическим направлением. Однако имеются рекомендации, указывающие на то, что более перспективным является направление, предусматривающее оптимизацию конструкции изделия, сварных соединений, входящих в него, по сравнению с повышением уровня технологических решений [9]. Чтобы повысить качество проектирования металлических конструкций и тем самым обеспечить решение задач ресурсосбережения, необходимо более широко использовать математическое моделирование полей напряжений. Это предусмотрено и планами развития сварочного производства в Республике Беларусь. Для достижения такого уровня необходимо получить корректных результатов по расчету односторонних тавровых соединений. В данной работе предполагается провести анализ напряженно-деформированного состояния односторонних тавровых соединений с непроварами и разработать новое техническое решение для сварных соединений на базе математического моделирования с использованием метода конечных элементов и пакетов прикладных программ. Предполагается также провести анализ патентных разработок и подать заявку на патентование разработанного технического решения. 1 ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ Литературный и патентный обзор Анализ опубликованных литературных данных показывает, что многие важные вопросы, связанные с разработкой системного подхода к проектированию и созданию неразъемных соединений не только не рассмотрены, но до сих пор даже и не ставились. В первую очередь следует отметить, что сами способы создания неразъемных соединений (сварка, пайка, механическое соединение либо склеивание) не рассматривались в качестве элементов анализируемой системы. Это не позволяло корректно обосновать выбор способа соединения, в максимальной степени соответствующего заданным условиям. Кроме того, при таком подходе исключалась возможность взаимодействия различных способов создания соединений друг с другом, что неоправданно уменьшает возможное разнообразие при создании проблеморазрешающей системы. Следовательно, сложившийся в области создания неразъемных соединений подход к выделению системы не вполне соответствует открытому У. Эшби закону необходимого разнообразия [10]. В соответствии с данным законом при быстром увеличении разнообразия решаемой проблемы, обусловленном, например, усложнением условий эксплуатации или появлением новых, более эффективных конструкционных материалов, должно возрастать и разнообразие внутри проблеморазрешающей системы. В противном случае такая система не сможет отвечать задачам управления, выдвигаемым внешней средой, и будет малоэффективной. Отсутствие или недостаточность разнообразия могут привести к нарушению целостности подсистем, составляющих анализируемую систему. Поэтому необходимо постоянно варьировать действия и процессы, предпринимаемые для достижения результата, т.к. с изменением системы или окружающей среды эффективные в прошлом приемы могут утратить свою действенность. Рост разнообразия, характерный для системного подхода, позволяет в наиболее полной мере реализовать и принцип выбора решения, известный из кибернетики. Этот принцип заключается в том, что решение должно приниматься на основе рассмотрения нескольких вариантов. Там, где решение принимается на анализе одного варианта, отсутствуют предпосылки к объективному и оптимальному решению, учитывающему все особенности любого конкретного случая. Для успешной реализации системного подхода необходимо учитывать и другие аспекты [11]: - системно-структурный, заключающийся в выяснении внутренних связей и зависимостей между элементами данной системы, что позволяет получить представление о внутренней организации (строении) исследуемой системы; - системно-функциональный, предполагающий выявление функций, для выполнения которых создается система; - системно-целевой, означающий необходимость научного определения целей и подцелей системы, их взаимной увязки между собой; - системно-ресурсный, который заключается в тщательном выявлении ресурсов, требующихся для функционирования системы и решения системой той или иной проблемы; - системно-интеграционный, состоящий в определении совокупности качественных свойств системы, обеспечивающих её целостность и особенность; - системно-коммуникационный, требующий выявления внешних связей данной системы с другими, то есть её связей с окружающей средой; - системно-исторический, позволяющий выяснить условия возникновения исследуемой системы, пройденные ею этапы, современное состояние, а также возможные перспективы развития. Это показывает, что совершенствуя систему надо проявлять готовность к своевременному отбрасыванию устаревших и неэффективных ее элементов. Например, в работе [12] показано, что паяные соединения ступенчатого и гребенчатого типов (рисунок 1.1) не обеспечивают равнопрочности с основным материалом, что обусловлено возможностью разрушения по плоскостям А-А и Б-Б, а также различной деформационной способностью стыковых и продольных швов. В результате анализа напряженно-деформированного состояния было предложено использовать зубчатое соединение (рисунок 1.2), которое обеспечивает высокую степень равномерности распределения эксплуатационных напряжений при большой площади спая [13]. Другим примером эффективного учета закона отрицания отрицания является результат анализа напряженно-деформированного состояния паяного стыкового соединения с односторонней накладкой. Анализ полей напряжений показал, односторонняя накладка способствует увеличению максимальных напряжений в паяном шве и поэтому применение такого соединения не обоснованно ни с экономической, ни с технической точек зрения [14]. а Другим характерным примером является отрицание несимметричного таврового паяного соединения, при конструировании которого была предпринята не вполне корректная попытка снизить концентрацию напряжений и их максимальное значение путем увеличения площади спая [15, с . 100, рис.52.3]. Анализ распределения напряжений, обусловленных действием продольной нагрузки, показал, что многократное увеличение площади спая, характерное для схемы из источника [15], не привело к прогнозируемому снижению величины максимальных напряжений в опасных зонах паяного таврового соединения. Более того, после увеличения площади спая максимальная интенсивность напряжений в основном материале возросла с 18,5 Мпа до 19,9 Мпа, а в паяном шве практически не изменились (16,4 и 16,5 Мпа соответственно) [16]. Более эффективным   Рисунок 1.1 – Схемы паяных соединений: а – ступенчатого; б – гребенчатого  |