книги из ГПНТБ / Кузьминов С.А. Сварочные деформации судовых корпусных конструкций

Для Y = —-----^ — ^ = 4,7 Kxe = 0,84.

су б £ б es

Во втором приближении Q = 1,1.1; /Cv = 0,69; Ка — 1,01;

v = 0,335— КцбКадп =0,0285 см2.

Стрелка прогиба / р = I = 3,2 см. Среднее значение замеров f3 = 3,4 см.

Экспериментальные кривые для ряда балок и расчетная кривая прогибов приве­ дены на рис. 85.

141

§ 2S

Общие сварочные деформации секций*

Большинство секций корпуса судна представляет собой конструк­ ции, у которых два размера (длина и ширина) значительно больше третьего размера (высоты). Такие конструкции в результате сваржи могут получать значительные деформации укорочения и изгиба в про­ дольном и поперечном направлениях.

В связи с тем, что изгиб и укорочение, вызываемые сваркой, малы по сравнению с размерами секций, деформацию последних можно определять раздельно в продольных и поперечных плоскостях как деформацию балки от продольного и поперечного укорочений сварных соединений. Для этого необходимо знать параметры жест­ кости свариваемой конструкции на сжатие и изгиб. Обычно секции собираются и свариваются поэтапно. Так как параметры жесткости секций в процессе сборки на каждом этапе изменяются, то расчет деформаций производится также поэтапно. Число этапов зависит от принятой последовательности сборки и сварки, т. е. определяется технологией сборки и сварки секций.

На некоторых этапах деформация не проявляется вследствие внешних закреплений (закрепления к постели или стенду), но про­ явится после снятия креплений. В этом случае ее необходимо опре­ делять в зависимости от элементов жесткости, которые будет иметь конструкция после снятия креплений. Например, если сварка дни­ щевой секции производится при закреплении ее на постели, а постель имеет значительную жесткость по сравнению с жесткостью секции,

Таблица 6

Параметры сечения балки (конструкции)

ъI i F

Расстояние от центральной оси до оси сравнения

Момент инерции относительно центральной оси

/ 0= ^ ^ — 2о S F2'

* Приведенная методика определения деформаций секций может быть исполь­ зована для определения деформаций блоков и корпусов судов, собираемых из сек­ ций, а также любых других листовых конструкций.

142

то в процессе сварки изгиб секции не происходит и окончательная стрелка прогиба определится после открепления от постели в зави­ симости от жесткости готовой секции. Однако крепление секции к по­ стели талрепами не препятствует ее укорочению на каждом этапе, и, следовательно, укорочение секции будет определяться жесткостью на каждом этапе.

Если конструкция собрана на эластичных креплениях, при ко­ торых свариваемая часть конструкции имеет возможность смещаться относительно другой части, то в расчет включаются элементы жест­ кости только первой (свариваемой) части конструкции. Так, при эластичном креплении набора к полотнищу деформация от сварки набора между собой определяется в зависимости от элементов жест­ кости набора без наружной обшивки.

Рис. 86. Поперечное сечение днищевой секции без килеватости.

оу и ог — центральные оси сечения.

Рис. 87. Поперечное сечение бортовой секции с палубным стрин­ гером.

Параметры жесткости сечений конструкции при сжатии и из­ гибе F и J, а также положение центральной оси г на каждом этапе

определяются по табл. 6.

Если продольное или поперечное сечение конструкции состоит из одинаковых соединенных между собой балок, то для определения площади и момента инерции всего поперечного сечения конструкции достаточно определить площадь и момент инерции одной балки и умножить эти значения на число балок.

Если сечение конструкции симметрично (рис. 86), то достаточно найти значения F и J для одной половины конструкции и умножить

их на д в а . .

143

Если продольное или поперечное сечение конструкции несим­ метрично и состоит из неодинаковых нежестко соединенных между собой балок (рис. 87), то для каждой балки определяются F и J и соответствующие деформации. При этом ширина присоединенного пояска балки принимается в пределах (1э-1,5) Н, где Я —высота балки.

Для нежестких плоскостных секций (переборки, палубные сек­ ции ит. п.) деформации и параметры жесткости F и J определяются для одной балки набора с пояском, ширина которого равна расстоя­ нию между набором или 506, в зависимости от того, какая из величин меньше.

Для определения де­ формации балки, попереч­ ное сечение которой изме­ няется по длине (рис. 88), необходимо найти средние значения F и J. Сначала надо определить F и J для нескольких (4—6) ха­ рактерных сечений балки, перпендикулярных сред­ ней полуплоскости, и по полученным значениям построить график измене­ ния параметров жесткости по длине балки (рис. 88). Среднее значение парамет­ ров жесткости равно част­ ному от деления площади, ограниченной соответст­ вующей кривой F, J; z на длину балки.

Если поперечное сече­ ние конструкции типа днищевой секции с боль­ шой, но постоянной килеватостью (у >• 5°) изме­ няется по ширине незна­ чительно, т. е. общая площадь поперечного сече­ ния распределена пример­ но равномерно по ширине,

то F и J определяются для половины секции, а продольная деформа­ ция секции определяется в плоскостях, перпендикулярных средней полуплоскости.

Если поперечное сечение конструкции типа днищевой секции имеет переменную килеватость, сечение разбивается на несколько балок (рис. 89) и для каждой из них определяются элементы жест­ кости. Продольная деформация такой конструкции приближенно

144

может быть найдена как деформация одной условной балки, момент инерции и площадь поперечного сечения которой являются средними арифметическими всех балок, из которых состоит конструкция.

При определении момента инерции вертикального киля необхо­ димо учитывать поперечную килеватость днищевой секции, увели­ чивающую момент инерции на ДJ [106]

где 6ср — средняя суммарная толщина настила второго дна и наруж­ ной обшивки, равная суммарной площади поперечного сечения обоих настилов, деленной на ширину днищевого перекрытия, см;

h — высота флора у вертикального киля, см.

Деформация секций в поперечном направлении на отдельных этапах сварки определяется поперечным укорочением продольных швов (пазов и швов приварки продольного набора) и продольным укорочением поперечных швов (стыков и швов приварки попереч­

где ДВ — укорочение секции по оси, проходящей через центр тя­ жести продольных сечений, см;

1 4 5

фй — угол поворота одного конца секции относительно другого

—момент инерции площади Ft относительно центральной оси, перпендикулярной плоскости изгиба, см4;

Wt — объем поперечного укорочения i-го продольного сварного

оси продольного сечения секции на данном этапе сварки, см.

Деформация секций в продольном направлении на отдельных этапах сварки определяется поперечным укорочением поперечных швов и продольным укорочением продольных швов по формулам:

жести поперечных сечений, см; Ф; — угол поворота одного конца секции относительно другого

в плоскости поперечного набора, рад;

Fb— площадь поперечного сечения секции на данном этапе соединения, см2.

Jb — момент инерции площади Fb относительно центральной оси, перпендикулярной плоскости изгиба, см4;

Wj — объем поперечного укорочения /-го поперечного сварного соединения, см3;

Vi — объем продольного укорочения t'-ro продольного сварного соединения, см3;

Zj — расстояние от центра тяжести объема Wj до центральной оси поперечного сечения секции, см;

— расстояние от центра тяжести объема V\ до центральной оси поперечного сечения секций, см.

При сварке набора поперечное укорочение вертикальных швов в плоскости шпангоутов вызывает деформацию секции в поперечном направлении, а укорочение в плоскости стрингеров — в продоль­ ном направлении. Величина деформации определяется по фор­ мулам (215), (216), (217) и (218), в которых V( = V/ = 0.

146

При выводе формул (215), (216), (217) и (218) приняты Следующие допущения:

сечения при деформации конструкции от сварки остаются пло­ скими;

соотношения между размерами конструкции таковы, что она ра­ ботает в условиях плоского изгиба без выпучивания или скручи­ вания;

величина укорочения сварного соединения не зависит от направ­ ления сварки;

деформация в продольном направлении не влияет на деформацию в поперечном направлении и наоборот;

на деформацию конструкции от сварки не влияет ее кривизна. Чтобы при расчетах общих деформаций по формулам, выведен­ ным с указанными допущениями, не было больших погрешностей, к рассчитываемым конструкциям предъявляются следующие тре­

бования:

стыки листов конструкции соединены на жестких прихватках, исключающих возможность самостоятельного изгиба на кромку каж­ дого из свариваемых листов;

расстояние между прихватками меньше ширины каждого из свариваемых листов;

швы наплавляются параллельно или перпендикулярно главным осям инерции сечений конструкции;

длина свариваемых листов превышает 106, а ширина превы­ шает 20 см;

длина конструкции больше четырехкратной ее высоты (или ши­ рины).

Полная деформация секции в продольном или поперечном на­ правлении определяется алгебраическим суммированием.

Для того чтобы суммировать укорочения, полученные по цен­ тральным осям секции на отдельных этапах ее сварки, необходимо произвести пересчет этих укорочений на укорочения по центральной оси готовой секции.

где АВ — поперечное укорочение секции по оси, проходящей через центр тяжести продольных сечений ьа данном этапе сварки, см;

AL — то же поперечных сечений, см;

АВ0— поперечное укорочение секции по оси, проходящей через центры тяжести продольных сечений готовой секции, от сварки на данном этапе, см;

AL0 — то же поперечных сечений, см;

zc — расстояние между осями, проходящими через центры тяжести сечений готовой секции и части секции, свари­ ваемой на данном этапе, см.

147

Полученные расчетом параметры деформации ЛД0, AL0, ср6, ф, трудно сравнивать с результатами контрольных измерений в произ­ водственных условиях. Обычно производят измерения горизонталь­ ных и вертикальных смещений крайних точек наружной обшивки относительно средних точек продольных и поперечных сечений (рис. 90). При этом базовые точки для измерений располагаются по обшивке в месте пересечения деталей набора или по настилу второго дна; вертикальные смещения замеряются шланговым ватерпасом, горизонтальные— рулеткой или рейкой (рис. 90).

Для секций, у которых ось, проходящая через центры тяжести сечений, является прямой (рис. 91), горизонтальное s,- и вертикаль­ ное fi смещения точек, находящихся на расстоянии zt от указанной выше оси и расстоянии bt от средней плоскости сечения, определяются по формулам:

в поперечном направлении

Для секций (типа днищевой), имеющих поперечную килеватость, горизонтальное и вертикальное смещения точек секции, располо­ женных на расстоянии Ь( от диаметральной плоскости и расстоя­ нии zt от центральной полуплоскости (рис. 92), определяются по формулам:

где у,- — средний угол килеватости на участке между диаметральной плоскостью и плоскостью, проходящей через данную точку

(рис. 92).

Для секций, имеющих продольную килеватость, смещения точек в продольном направлении определяются по аналогичным формулам:

148

Рис. 90. Схема замеров горизонтальных и вертикальных смещений контролиру­ емых точек.

1 — т о ч к и за м е р о в ; 2 — в е с о к ; 3 — р е й к а ; 4 — ш л а н г о в ы й в а т е р п а с .

А2

В'г

Вг

i

Рис. 91. Схема горизонтальных и вертикальных смещений точек секции, имею­ щей прямую ось, проходящую через центры тяжести поперечных сечений.

о т ц е н т р а л ь н о й о си .

Рис. 92. Схема горизонтальных и вертикальных смещений секции, имеющей килеватость в плоскости изгиба.

г о р и з о н т а л ь н ы е с м е щ е н и я з а м е р я е м ы х т о ч е к .

149

Итак, расчет общих деформаций секций корпусов судов произ­ водится по следующей схеме.

1. В соответствии с технологией сборки и сварки определяют тех­ нологические этапы, содержащие выполнение сварных швов при по­ стоянных параметрах жесткости свариваемой части конструкции.

2.Определяют количество и размеры продольных и поперечных

балок.

3.Для каждой балки на соответствующих этапах находят:

—элементы жесткости, площадь их сечения, момент инерции относительно оси, перпендикулярной к предполагаемой плоскости изгиба, и положение центральной оси сечения;

—количество продольных швов т и количество поперечных швов п, приходящихся на рассчитываемую балку;

—количество проходов каждого шва;

—длину наплавляемых валиков;

— расстояния от центральной оси сечения до сварных швов;

—погонную энергию нагрева всего изделия и его отдельных элементов при выполнении отдельных проходов;

—удельную погонную энергию проходов, перпендикулярных

кплоскости изгиба, Я8п.

—коэффициент £ для проходов, перпендикулярных к плоскости изгиба;

—объем поперечного укорочения каждого сварного соединения, перпендикулярного плоскости изгиба;

—объем продольного укорочения каждого сварного соединения, параллельного плоскости изгиба;

—укорочение и изгиб балки по оси, проходящей через центры тяжести сечений балки на данном этапе сварки;

—укорочение балки по оси, проходящей через центры тяжести сечений готовой конструкции.

4. Определяют параметры деформации готовой секции Д50, AL0, Фь, фi от сварки ее на всех этапах алгебраическим суммированием соответствующих деформаций, полученных на отдельных техноло­

гических этапах сварки.

5. Определяют горизонтальные и вертикальные смещения за­ меряемых точек наружной обшивки секции относительно ее сере­ дины в продольном и поперечном направлениях.

§ 26

Приближенный метод определения общих сварочных деформаций типовых секций корпусов судов

В процессе расчета ожидаемых общих деформаций секций ряда судов было замечено, что общие деформации секций зависят от не­ скольких основных параметров. Эти параметры связаны между собой определенной зависимостью, в особенности для судов, проектируемых по Правилам Регистра СССР [8 6 ].

150