Малоземов А

Малоземов А.В. Марков О.А. д.т.н. Бурков П.В.

Томский политехнический университет

МОДЕЛИРОВАНИЕ СВАРНОГО СОЕДИНЕНИЯ

Рассматривается задача о прочности сварного соединения. Изложены основные понятия о видах, достоинствах и недостатках сварных соединений. Получено как аналитическое, так и численное решение поставленной задачи. Численные моделирование производилось в программном пакете Ansys. Установлены максимальные напряжения и перемещения, возникающие в сварном шве и около сварной зоне. Рассчитаны основные параметры рабочей сварной конструкции.

Сварное соединение включает три характерные зоны, образующиеся во время сварки: зону сварного шва, зону сплавления и зону термического влияния, а также часть металла, прилегающей к зоне термического влияния.

Для сварных соединений свойственна совокупность зон, представленных на рисунке 1, образующихся в материале соединённых сваркой элементов. Зоны отличаются от основных материалов и между собой по химическому составу, структуре, физическим и механическим свойствам, микро и макро напряженности.

Рис. 1. Схема сварного соединения: 1 — сварной шов; 2 — зона сплавления; 3 — зона термического влияния; 4 — прилегающий основной материал.

Физическая модель

При расчетах рассматривается Труба D=1220 мм, выксунского металлургического завода по ТУ 14–3–1573–99. Марка стали 09Г2С. Прочие данные приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Исходные данные

Температурный перепад Δt, ^оС	Рабочее давление Р, МПа	Номинальная толщина стенки δ_н, мм	Характеристики материала труб			Коэф. надежности по материалу К₁
Температурный перепад Δt, ^оС	Рабочее давление Р, МПа	Номинальная толщина стенки δ_н, мм	марка стали	временное сопротивление R^н₁=σ_вр, МПа	предел текучести R^н₂=σ_т, МПа	Коэф. надежности по материалу К₁
1	2	3	4	5	6	7
±30	4,8	9;11;12;13;14;15;16	09Г2С	450	350	1,47

Аналитический расчет

Произведен аналитический расчет минимальной толщины стенки трубопровода в соответствии с [4],[5]. Далее расчет на прочность стыкового шва( при врезке катушки ) Результаты аналитического расчета показывают что максимальные напряжения возникающие в зоне сварного соединения превышают предельно допустимые значения прочности указанной стали.

Математическое моделирование

На рисунке 2 изображена геометрия модели.

Рис. 2. Геометрия исследуемой модели.

Максимальные перемещения в сварном шве и пришовной зоне составили 0,36•10-9 см и 0,8•10-10 см соответственно.

Получено распределение интенсивности напряжений в теле трубы (Рисунок 3) и в выбранном сечении( Рисунок 4).

Рис. 3. Интенсивность напряжений в теле трубы

Рис. 4. График интенсивности напряжений в выбранном сечении

Вывод

Полученные результаты математического моделирования хорошо коррелируют с аналитическим решением. Из рисунка 4 видно, что интенсивность напряжений возникающих в выбранном сечении выше предела текучести данной стали. В связи с этим потребуются меры направленные на усиление пришовной зоны, или замену выбранной стали на более прочную.

Литература:

1. Андрей Алехин, Вадим Шелофаст , Ответственное сварное соединение: требуется расчет, САПР и графика 4`2007.

2. Вайншток С.М., Новоселов В.В.,Прохоров А.Д., Шаммазов и др. Трубопроводный транспорт нефти. Учебник для вузов: В 2 т. – М.: 000 "Недра–Бизнеспентр", 2004. – Т.2 – 621 с.

3. Горшков А.Г., Трошин В.Н., Шалашилин В.И. Сопротивление материалов: Учебное пособие. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2005 г. – 544 с..

4. Советченко Б.Ф. Специальные главы прочности: Учебное пособие. – Томск: Изд – во ТПУ,1998 г. – 88 с.

5. СНиП 2.05.06–85* «Магистральные трубопроводы».