Вплив конструктивно-технологічних факторів на залишковий напружено-деформований стан хрестових зварних з’єднань

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.advisorПрохоренко, Одарка Володимирівна
dc.contributor.authorГайнутдінов, Сергій Фанісович
dc.date.accessioned2019-03-21T15:57:14Z
dc.date.available2019-03-21T15:57:14Z
dc.date.issued2018-05
dc.description.abstractenTopic Relevance. Cruciform welded joints with the design feature of «in tooth" assembly are an integral part of the anti-shape effect shields for armored vehicles. Sections of the anti-shape effect shields are flat gridded weld structure, which consist of the steel band, the width and thickness of witch, and distance between vertical and horizontal edges are chosen according to required stability during the hit impact from the high explosive anti-tank projectiles and appropriate destruction action over its warhead. Bands are joined together “in tooth” by the electro-arc welding with the consumable electrode in shielded gas with the use of the fillet welds. It has been established that effective protection of armored military vehicles against penetration of the modern grenade is possible only in case of partial or complete destruction of grenade warhead when it interacts with the elements of the anti-shape effect shields and, thus, preventing the formation of shape charge focused jet and triggering of the explosive anti-tank projectiles in regular mode. Wherein, the deformation-cutting action of the working element of the anti-shape effect shields on the combat part of the warhead depends on the hardness and strength of the applied material, the stabil ity and rigidity of the welded anti-shape effect shields structure. The usage of high-strength steels for manufacturing of the welded anti-shape effect shields leads to a high level of residual stresses in the welded structures, which may contribute to the formation and development of cracks, as well as to cause the destruction of the product with the need of its subseque nt repair. Therefore, the relevance of this work is in substantiation of the possibility of using low-carbon steels instead of high-strength alloy steels based on a comparative analysis of the residual stress-strain states parameters determined by the finite element method for weld joints of the gridded type weld structure manufactured from steels of three different grades: low carbon structural steels Ст3сп and 09Г2С with ultimate strength of 490 MPa and 590 MPa and high-strength low-alloy steel 30ХГСА in a heat-treated state with an ultimate strength of 1080 MPa. Thesis connection to scientific programs, plans, and topics. The research was carried out within the scope of research work No 2930-п of the state registration number 0116U000002д "Improving the protect ion effectiveness of the armored vehicles with the use of the gridded type anti-shape effect shields with modified surfacing and concentrated energy sources working surfaces". Research goal and objectives. The goal of the work is to develop finite element models of the cruciform welded joint to determine and evaluate the parameters of the residual stress-strain state and the stress concentration factors for fillet welds. To achieve a certain goal in the work the following tasks were solved: • a finite element model of a cruciform welded joint was created, which takes into account the stiffness of the welded joint during welding process, the structure geometry, the change in the thermal and mechanical properties of the base metal and welding materials, the welding parameters, the technological sequence of the welding; • a finite element models of cruciform welded joints for various combinations of fillet welds structural parameters; • with the use of finite element method the thermomechanical problem has been solved and the distribution of residual stress-strain state parameters in the cruciform welded joint for six technological schemes of welding was determines; • with the use of finite element method the mechanical problem has been solved and the optimal geometric dimensions and shape of the welds were determined to provide the minim um values of stress concentration factors. The object of research is the cruciform welded joints with the design feature of "in tooth" assembly. The subject of research is the stress-strain state of the cruciform welded joints. Methods of research. Theore tical researches were carried out on the basis of the theory of stress and strains during welding, the positions of the theory of elasticity and plasticity, methods of mathematical modeling on personal computers. Scientific contribution of the results obtained is as follows: 1. A finite element model of a stress-strain state of cruciform welded joint was developed, which allows to determine the parameters of the stress-strain state, as well as the size of the welded joint displacements after welding, taking into account the stiffness of the joint and the sequences of the weld ing for the specified structural and welding materials. 2. A finite element model of a cruciform welded joint with fillet welds was developed, which allows determining the stress concent ration factors for various combinations of constructive parameters. 3. For the first time the peculiarities of the stress-strain state parameters distribution in a cruciform welded joints with the consideration of the design features due to the assembly of the welded plates "in tooth" are revealed. 4. For the specified cruciform welded joint optimal design parameters of the welds are determined on the basis of stress concentration factors calculation and localization of the zones with stress concentration. Practical value of obtained results. The use of developed finite element models allows to research the kinetics of stresses, deformations and displacements of the cruciform welded joints, to predict the level of residual stresses which takes into account the stiffness of the welded joint for different technological sequences of the welds; to recommend the radii of transition from the weld to the base metal, it is justified to assign the optimal geometric dimensions of the welds to minimize the stress concen tration factors. Approbation of the thesis results. Materials of the Master's thesis were presented and discussed during the X and XI All-Ukrainian interdisciplinary scientific and technical conferences of students, postgraduates and research staff "Welding and Applied Processes and Technologies", June 7-9, 2017 and May 10-12, 2018, respectively, Kyiv; at the X All-Ukrainian Student Scientific and Technical Conference of Ivan Pulya, TNTU "NATURAL AND HUMAN SCIENCES. TOPICAL QUESTIONS ", April 25-26, 2017, Ternopil city. Publications. The results of the Master's thesis are published in three abstract report collections of scientific and technical conferences of Ukraine. Master's thesis includes : 96 pages ., 40 fig ., 9 tables ., 46 sources.uk
dc.description.abstractukАктуальність теми. Хрестові зварні з'єднання з конструктивною особливістю складання «в зуб» є елементом секцій захисних екранів для броньованих машин. Секції захисних екранів являють собою плоскі решітчасті зварні конструкції, які складаються зі сталевої полоси, товщина та ширина якої, а також відстані між її вертикальними і горизонтальними ребрами, обираються з умов забезпечення необхідної стійкості під час ударної взаємодії з протитанковою гранатою та належної руйнівної дії по її бойовій частині. Полоси з’єднуються між собою «в зуб» електродуговим зварюванням плавким електродом у захисному газі за допомогою кутових швів. Встановлено, що ефективний захист броньованої військової техніки від пробиття сучасними гранатами можливий лише у разі часткового або повного руйнування бойової частини гранати при її взаємодії із елементами екрану і, таким чином, попередження формування кумулятивного струменю та спрацювання протитанкового засобу у штатному режимі. При цьому деформаційно-ріжуча дія робочого елементу захисного екрану на бойову частину засобу ураження залежить від твердості та міцності застосованого матеріалу, стійкості та жорсткості зварної конструкції екрану. Застосування високоміцних сталей для виготовлення зварних протикумулятивних екранів зумовлює високий рівень залишкових напружень у зварному виробі, які можуть сприяти утворенню і розвитку тріщин, а також спричинити руйнування виробу з необхідністю його подальшого ремонту. Таким чином, актуальність даної роботи полягає у обґрунтуванні можливості використання низьковуглецевих сталей, замість високоміцних легованих сталей на основі порівняльного аналізу параметрів залишкових напружено-деформованих станів, визначених методом скінченних елементів для зварних вузлів решітчастої конструкції, виготовлених зі сталей трьох різних марок: низьковуглецевих ко нструкційних сталей звичайної якості Ст3пс і 09Г2С з границею міцності 490 МПа і 590 МПа та високоміцної низьколегованої сталі 30ХГСА у термообробленому стані з границею міцності 1080 МПа. Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження виконувались в рамках науково-дослідної роботи No2930-п, номер державної реєстрації No0116U000002д «Підвищення ефективності захисту броньованих об’єктів застосуванням стільникових екранів з модифікованим наплавленням та концентрованими джерелами енергії робочими поверхнями». Мета і задачі дослідження. Метою роботи є розробка скінченно-елементних моделей хрестового зварного з'єднання для визначення і оцінки параметрів залишкового напружено-деформованого стану та коефіцієнтів концентрації напружень при зварювані кутових швів. Для досягнення визначеної мети в роботі вирішені такі задачі: • розроблена скінченно-елемента модель хрестового зварного з'єднання, яка враховує жорсткість зварного вузла, геометрію конструкції, зміну теплофізичних і механічних властивостей основного металу та зварювальних матеріалів, параметри зварювання, технологічну послідовність зварювання кутових швів; • розроблені скінченно-елементні моделі хрестових зварних з'єднань для різних комбінацій конструктивних параметрів кутових швів; • методом скінченних елементів розв’язана термомеханічна задача і визначений розподіл параметрів залишкового напружено-деформованого стану хрестового зварного з'єднання для шести технологічних схем виконання зварних швів; • методом скінченних елементів розв’язана механічна задача і визначені оптимальні геометричні розміри та форма кутових зварних швів для забезпечення мінімальних значень коефіцієнтів концентрації напружень. Об'єкт дослідження – хрестові зварні з’єднання з конструктивною особливістю складання «в зуб». Предмет дослідження – напружено-деформований стан хрестових зварних з’єднань. Методи дослідження. Теоретичні дослідження проводились на основі теорії напружень і деформацій при зварюванні, положень теорії пружності і пластичності, методів математичного моделювання на персональних комп'ютерах. Наукова новизна одержаних результатів полягає в наступному: 1. Розроблена скінченно-елемента модель НДС хрестового зварного з'єднання, яка дозволяє визначати параметри напружено-деформованого стану, а також величину переміщень зварного вузла після зварювання з урахуванням жорсткості зварного вузла і послідовностей виконання зварних швів для заданих конструкційних та зварювальних матеріалів. 2. Розроблена скінченно-елемента модель хрестового зварного з’єднання з кутовими швами, яка дозволяє визначати коефіцієнти концентрації напружень для різних комбінацій конструктивних факторів. 3. Вперше виявлені особливості розподілу параметрів напружено-деформованого стану у хрестовому зварному з’єднанні з урахуванням конструктивних особливостей, зумовлених складанням зварюваних пластин «в зуб». 4. Для заданого хрестового зварного з'єднання в изначені оптимальні конструктивні параметри кутових зварних швів на основі розрахунку коефіцієнтів концентрації напружень і локалізації зон концентрації напружень. Практичне значення одержаних результатів. Використання розроблених скінченно-елементних моделей дозволяє досліджувати кінетику напружень, деформацій і переміщень зварного хрестового з’єднання, прогнозувати рівень залишкових напружень з урахуванням жорсткості зварного вузла для різних технологічних послідовностей виконання зварних швів; рекомендувати радіуси переходу від шва до основного металу, обґрунтовано призначати оптимальні геометричні розміри зварних швів для мінімізації коефіцієнтів концентрації напружень. Апробація результатів дисертації. Матеріали магістерської дисертації доповідалися і обговорювалися на Х та XI Всеукраїнських міжгалузевих науково-технічних конференціях студентів, аспірантів та наукових співробітників «Зварювання та споріднені процеси і технології», 7-9 червня 2017 р. та 10-12 травня 2018 р. відповідно, м. Київ; на X Всеукраїнській студентській науково-технічній конференції ТНТУ імені Івана Пулюя “ПРИРОДНИЧІ ТА ГУМАНІТАРНІ НАУКИ. АКТУАЛЬНІ ПИТАННЯ”, 25-26 квітня 2017 р., м. Тернопіль. Публікації. Результати магістерської дисертації опубліковані у трьох збірниках тез доповідей науково-технічних конференцій України. Магістерська дисертація представлена: 96 стор., 40 рис., 9 табл., 46 джерел.uk
dc.format.page97 с.uk
dc.identifier.citationГайнутдінов, С. Ф. Вплив конструктивно-технологічних факторів на залишковий напружено-деформований стан хрестових зварних з’єднань : магістерська дис. : 131 Прикладна механіка / Гайнутдінов Сергій Фанісович. – Київ, 2018. – 97 с.uk
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/26831
dc.language.isoukuk
dc.publisher.placeКиївuk
dc.subjectнапружено-деформований станuk
dc.subjectскінченно-елементна модельuk
dc.subjectхрестові зварні з'єднанняuk
dc.subjectконцентрація напруженьuk
dc.subjectSimufact Weldinguk
dc.subjectSimulia Abaqusuk
dc.subjectstress-strain stateuk
dc.subjectfinit-element modeluk
dc.subjectcruciform weld jointsuk
dc.subjectstress concentrationuk
dc.subject.udc621.791uk
dc.titleВплив конструктивно-технологічних факторів на залишковий напружено-деформований стан хрестових зварних з’єднаньuk
dc.typeMaster Thesisuk

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
Gainutdinov_magistr.pdf
Розмір:
3.07 MB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Опис:
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
8.98 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Магістерські роботи (ЗВ ЗФ)
Магістерські роботи