книги из ГПНТБ / Кузьминов С.А. Сварочные деформации судовых корпусных конструкций
.pdfП р и м е р 1. Определить общие сварочные деформации переборки, изобра женной на рис. 103. Материал переборки — сталь марки 10ХСНД. Сварка стыков обшивки производится автоматом под слоем флюса, а приварка набора вручную электродами УОНИ—13/45А в соответствии с ОСТ 5.9083—72 при же стком закреплении обшивки к плите.
О п р е д е л е н и е о б щ и х д е ф о р м а ц и й
Этапы сварки:
1.Сварка полотнища с двух сторон.
2.Приварка набора к полотнищу.
Этап 1. Сварка полотнища с двух сторон. Сварка двух пазов полотнища вызы вает продольное и поперечное укорочения полотнища практически без изгиба, кото рый подавляется установкой набора и рыбин.
Продольное укорочение полотнища
где п = 0; т = |
2; |
Fb = |
66 = |
400-0,4 = 160 см2; |
/ш = 230 см; |
|||
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
2 |
w i = |
2 |
Vi = |
3’6 ' I0'*?n maxWn [формула (90)]; |
||||
|
|
|
1=1 |
|
|
|
|
|
<7п = |
0,24 |
Vсв |
г, = |
о,24 38°;,32 0,85 = |
1750 |
кал/см; |
||
|
|
|
|
01) |
|
|
|
|
|
|
£ |
Vi = |
3,6- 10-е- 1750- 230-2 = |
2,9 |
см3; |
||
|
|
|
AL = |
= 0,018 см |
0,2 |
мм. |
|
|
|
|
|
|
15 0 |
|
|
|
|
В соответствии с рис. 66 поперечное укорочение полотнища |
||||||||
|
|
|
|
Д6 = |
2 -0 ,9 5 = 1,9 |
мм |
|
|
Этап 2. Приварка набора к полотнищу. В продольном направлении она вызы вает укорочение и изгиб секции.
Укорочение секции по центральной оси
Угол поворота концов секции относительно один другого
« - ( Е * ' л + Е ,' л ) £ -
Так как расстояние между ребрами постоянное, деформация всей секции в про дольном направлении от всех швов будет такой же, как и деформация одного ребра с пояском от одного шва. Поэтому для простоты рассмотрим одно ребро с пояском
£ 1Г = 0.
Для К = 4 мм; FH— 0,13 см2 и qn = QFH— 15500-0,13 = 2000 кал/см;
£ Vi = 3,6- 10-е- qnlm = 3,6- 10-е- 2000230 = 1,65 см3.
Ширина присоединенного пояска принимается равной (так же, как и при рас чете составных балок) меньшему значению из величин а, 506 и Z./6. В данном при мере принимаем Ъ= 50 б = 200 мм.
0 С. А. Кузьминов |
161 |
Таблица 14
Параметры сечения балки
|
Элементы сечения |
|
|
|
|
|
|
|
Fz2, |
|
|||||
Эскиз сечения |
|
|
|
|
|
|
|
F , |
см2 |
2, СМ |
Fz, |
см3 |
^сяд |
||
|
|
|
|
|
|
|
см* |
||||||||
|
№ |
размер, |
см |
|
|
|
|
|
|
ем* |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
1 |
20,0-0,4 |
|
8,0 |
0 |
0 |
|
0 |
0,10 |
|||||
|
2 |
|
Г № 6 |
|
4,3 |
3,74 |
16,1 |
|
60,1 |
15,0 |
|||||
/ |
|
|
S |
|
|
|
12,3 |
1,31 |
16,1 |
|
75,2 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
у -t±22zi±zzzr‘У |
|
Jb = 75,2 — 16,1 -1,31 = 54,1 |
см4; |
z0 = |
1,31 |
см; |
|||||||||
|
|
||||||||||||||
|
|
Fb = |
12,3 см2; z t = |
1,31 — 0 ,2 = |
1,11 см. |
|
|||||||||
Параметры поперечного сечения ребра с пояском даны в табл. |
14. |
|
|
||||||||||||
М = Ш |
|
|
см; |
ф, = |
1,65-1,11 |
= 0,034 |
рад. |
|
|
||||||
= ° - 134 |
|
54,1 |
|
|
|||||||||||
Укорочение полотнища по длине от приварки ребер |
|
|
|
|
|
||||||||||
М п = |
ДА + |
фг2 0 = |
|
0,134 + |
0,034-1,31 = |
0,18 |
см. |
|
|
||||||
Стрелка прогиба секции на длине I — 230 см |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
/ = |
ФI1 |
_ |
0,034-230 |
= |
1,0 см. |
|
|
|
|
|
||||
|
8 |
~ |
|
8 |
|
|
|
|
|
|
|
||||
В поперечном направлении приварка набора к полотнищу вызывает только |
|||||||||||||||
поперечное укорочение секции. |
|
5 мм и 6П = |
4 мм получаем |
|
|
|
|
||||||||
По рис. 68 для К = |
4 мм; 6р = |
|
|
|
|
||||||||||
|
CiB = |
0,37-10 = |
3,7 |
мм; |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
(рь = |
0, |
так как |
z |
0. |
|
|
|
|
|
|
|||
Сумма укорочений полотнища по длине от сварки на всех этапах |
|
|
|||||||||||||
|
^ |
ALn = |
|
0,2 + |
|
1,8 = |
2,0 мм. |
|
|
|
|
|
|||
Стрелка прогиба секции на длине I = |
230 см |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
£ ф I |
0,034-230 |
= |
1,0 см = 10 мм. |
|
|
|
|
|||||||
|
8 |
|
|
|
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Суммарное укорочение полотнища по ширине |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
^ Д В = |
1 ,9 + |
3 ,7 = |
5,6 мм. |
|
|
|
|
|
||||||
П р и м е р 2. Определить продольную |
и поперечную деформации днищевой |
||||||||||||||
секции форму постели для ее изготовления и величину припусков на размеры от дельных элементов секции.
Конструктивные элементы и размеры секции приведены на рис. 104. Исходные данные:
длина секции 2L = |
1370 см; |
шпангоутами Lm = |
1250 см; |
расстояние между |
крайними |
||
ширина секции по наружной обшивке 2ВН. 0 = 1240 см; |
|||
ширина секции по настилу второго дна 2Вв. д = |
1105 см; |
||
полуширина секции Ва == 520 см; |
^ |
||
угол килеватости секции у = |
15°; |
||
162
2В
средняя ширина секции 2В — ----- — = 1100 см;
шпация (расстояние между флорами) 1Ш= 150 см; секция в продольном сечении имеет 10 флоров;
средняя высота междудонного пространства Я = 800 мм; материал — сталь CXJI-4;
сварка производится в соответствии с ОСТ 5,9083—72.
О п р е д е л е н и е о б щ и х д е ф о р м а ц и й
Сборка и сварка секции производится по технологическому варианту № 5 (табл. 9).
По рис. 93 для Я = 800 мм получаем:
ez = 9 - 10~4 в С , = 12-10-6 1/см.
Укорочение секции по длине
ДТ = et2 L = 9 1 0 -М 3 7 0 = 1,23 см.
Угол изгиба секции в продольном направлении
<pf = C,2L = 12- lO-6- 1370 = 165-10"4 рад.
Стрелка прогиба секции в продольном направлении
Фp.L |
165-10"4-1370 |
= 2,8 см . |
h = |
8 |
По рис. 94 для Я = 800 мм получаем:
е&= 15-10-4 и Сь = 16,5- 10-е 1/см.
Укорочение секции по ширине
ДВ = гь2В = 15- 10-* 1100 = 1,65 см.
Угол поперечного изгиба секции
ф6 = СЬ2В = 16,5-10-«-1040 = 171-10~4 рад.
Стрелка прогиба секции в поперечном направлении
Фь2В 171-10-4- 1040 = 2,2 см .
8 8
6* |
163 |
О п р е д е л е н и е п о п е р е ч н о г о |
р а з в а л а |
п о с т е л и |
|||
Горизонтальное |
и вертикальное смещения |
точек |
пересечения IV стрингера |
||
с наружной обшивкой определяется по формулам (225) |
и (226), |
где ДВ0 = 1,15 см; |
|||
(рь = 17110~4 |
рад; Ва = 520 см. |
|
|
|
|
Величина |
ДВ0 = |
1,15 см получена следующим образом. |
|
||
Из общего поперечного укорочения (ДВ = |
1,65 см) |
необходимо вычесть укоро |
|||
чение восьми пазов от сварки с внутренней стороны, так как последняя производится
без набора и не влияет на изгиб секции. Поперечное укорочение |
восьми |
пазов |
от |
||||||||||
сварки с внутренней стороны определяется по формуле (194) |
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
т |
|
|
|
|
|
|
|
|
где т = |
2X4 = 8 — число |
пазов. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Из условия примера имеем: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
— = |
12,5- Ю'в см3/кал |
(см. табл. 1); |
Кб = |
Кж= Kv = |
Ка = |
Кя = |
1, /Сс = |
0 |
|||||
су |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Кц, = 0,17; |
по формуле (193) | |
= |
14,7-10"6 |
см3/кал; |
|
|
||||||
б — средняя толщина свариваемых листов, см; |
|
|
|
|
|
||||||||
|
«1 = 1,4+1,2 |
= |
1,3 |
см; |
62 = |
1,2 + 1,0 |
|
1,1 |
см; |
|
|
||
|
6Й= 1,0 + 0,8 |
= |
0,9 |
см; |
64 = |
0,8 + 0,6 |
= |
0,7 |
см, |
|
|
||
|
Чп. п = |
(! - |
|
*ф)?п- |
По рис. |
15 к ф= |
0,25; |
|
|
|
|||
qn — погонная энергия сварки пазов с внутренней стороны, определяемая по формуле (9) в зависимости от режимов сварки (см. ОСТ 5.9083—72).
|
q’nl |
= |
0,24 |
|
|
0,85 = |
7350 кал/см2; |
|
|||
|
q 2 = |
0,24 |
|
р |
0,85 = |
6250 кал/см; |
|
||||
|
9 ^ 3 |
= |
0,24 |
|
р |
-0,85 = |
5600 |
кал/см; |
|
||
|
|
|
|
КАЛ |
ОД |
|
|
|
|
||
|
Ят = |
0,24 |
U,о |
0,85 = |
4350 |
кал/см; |
|
||||
Д В = 14,7-Ю'3 |
|
6250 |
5600 |
|
>0,50 |
см. |
|||||
|
|
1,1 |
+ |
0,9 |
' |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Следовательно ДВ0 = |
1,65 |
0,50 = |
1,15 |
см. |
|
|
|
||||
Смещение точки а: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Ва = |
520 |
см; уа = |
15°; |
га = |
60 см (рис. 105). |
|
||||
s„ = |
1 7 1 . 1 0- 4 - 5 9 0 2 |
|
1 |
(1,15 + |
171,0-10-4-60) 0,96 = 1,63 см; |
||||||
4-520 |
|
■0,27 + |
4 - |
||||||||
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
||
fa ■ |
171•10"4-5202 |
-----i - |
(1,15 + |
171,0-10-4-60) 0,26 = 1,95 |
см. |
||||||
|
4-520 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
164
С м ещ ен ие точ к и б:
Вд = 390 см; уд = 12°; гд = 0;
s6 = |
171,0-10“4-3902 |
0,2 - |
|
4-520 |
|
1 |
490 |
|
+ - i - (1 ,1 5 + 171,0.1 0 -* .0 )g g 0,98 = 0,68 см;
/б = |
171,0-10“4-3902 |
||
4-520 |
|||
|
|
||
1 |
|
490 |
|
-----± -(1, 1 5 + |
1 7 1 ,0 -1 0 ^ -0 )^ 0 ,2 1 = 1,16 см. |
||
Рис. 105. Углы килеватости и отстояние точек наружной обшивки от центральной полуплоскости.
/ — линия |
центральной |
полуплоскости |
на участке от вертикального киля до IV стрингера; |
2 — линия |
центральной |
полуплоскости |
на участке от вертикального киля до II стрингера; |
7а — средний угол килеватости полусекции; vB — средний угол килеватости на участке от вертикального киля до II стрингера.
Смещение точки в: |
|
|
|
|
|
|
|
В„ = |
220 см; уа = 7,5°; ze = |
—20 см; |
|
||
|
|
|
171,0-10_4-2202 0,13 + |
|
|
|
|
1 |
|
4-520 |
|
|
|
+ |
|
220 |
0,99 = |
0,22 |
см; |
|
-g - [1,15 + |
171,0 - Ю-о (—20)] ~ |
|||||
|
|
U |
171,0-10-о.2202 |
|
|
|
|
|
4-520 |
|
|
|
|
|
1 |
|
220 |
0,13 = |
0,38 |
см. |
|
- j- [1 ,1 5 + |
171,0-Ю-о ( _ 2 0 )] |
||||
Смещение точки г: |
|
НО; уг = 4°; гг = —30 см; |
|
|
||
|
Вг = |
|
|
|||
|
|
|
171,0-10-о. ПО2■0,07 + |
|
|
|
|
|
|
4-520 |
|
|
|
+ |
- L [1,15 + 171,0- Ю-о (-3 0 )] И 5 0,995 = |
0,07 |
см; |
|||
|
|
, |
171,0-10-0-ПО2 |
|
|
|
|
|
|
4-520 |
|
|
|
-----[1,15 + |
171,0- IQ-4 (—3 Q)] 112 о,о7 |
= 0,085 см. |
|
|||
165
По полученным данным корректируют обводы поперечных лекал постели
(рис. 106).
Определение припусков по флорам. Удлинение флоров определяется по формуле
АВг = Ж (А&° + (рбгг)’
где Ь = 520 см; ДЬ0 = 1,15 см; |
= 171,0- 10~4 рад, а размеры 6,- и г,- для каждой |
бракеты берутся по чертежу. |
|
Рис. 106. Схема построения обводов лекал постели.
I — заданный (теоретический) обвод лекал секции; 2 — корректи рованный обвод лекал постели.
1. Удлинение бракеты флора между вертикальным килем и I стрингером: по нижней кромке
bi = 110 см; Zj = —30,0 см;
ДВХ |
2 |
1,15 110 |
171,0-10“4 (—30) |
|
|
0,065 |
см; |
|||||
|
520 |
|
|
|
520 |
|
|
|
|
|
|
|
по верхней |
кромке |
bi = |
100 см; |
zt — 65 см; |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
1 |
1,15 |
|
171,0-10-4-65 |
100j =0, 22 |
|
|
|||||
Д В 2 |
2 |
520 100 + |
|
|
520 |
|
см. |
|||||
2. Удлинение бракеты флора между |
I |
и II |
стрингерами: |
|
|
|||||||
по нижней кромке |
bi = |
120 см; |
Zi = —30 см; |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|||||||
А^ = ж |
1,15 |
|
171,0-10-“ (—30) |
|
= 0,07 |
см; |
||||||
520 120 |
|
|
|
520 |
|
|
120 |
|||||
по верхней |
кромке |
bi = 115 см; |
|
Zi = |
55 см; |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
1,15 |
|
|
|
|
|
|
= |
0,23 |
см. |
|
“ |
. - |
- И520- 115 + 171’04 Г |
'55115 |
|
||||||||
|
|
|
|
|||||||||
3. Удлинение бракеты флора между II и III стрингерами: по нижней кромке
bi |
170 см; |
Zi = —35 см; |
1,15 |
171,0-10-* (—25) |7П |
|
М! = 2 520 |
170 |
= 0,13 см; |
520 |
||
166
п о в е р х н е й |
крОмкё |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
bi = |
160 см; |
г,- = 50 |
см; |
|
||
|
|
|
1,15 |
171,0-10“4-50 |
|
||||
|
|
|
520 |
160 + |
520 |
160 |
= 0,31 см. |
||
4. Удлинение бракеты флора между |
III |
и IV |
стрингерами; |
||||||
по нижней кромке |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
bj, |
= |
160 см; |
Z; = |
—25 см; |
|
|
^ |
|
= |
1,15 |
160 |
171,0-10-4 (—25) 160 |
= 0,11 см; |
|||
|
|
|
520 |
|
|
520 |
|
|
|
по верхней |
кромке |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
bt = |
150 см; |
Zi = 50 |
см; |
|
||
ДВ2 |
1_ - 1,15 |
|
171,0-10~4 - 50 |
150 = |
0,29 см. |
||||
2 |
. 520 |
150 + |
520 |
|
|||||
В соответствии с полученными данными стрингеры должны быть смещены от |
|||||||||
диаметральной плоскости к бортам. |
|
|
|
|
|||||
Аналогично |
определяется |
продольный развал |
постели. |
||||||
Глава
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СВАРОЧНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ
Большинство судовых цилиндрических конструкций представляет собой тонкие оболочки [107]. К тонким оболочкам относятся криво линейные конструкции, у которых отношение толщины к радиусу кривизны не превышает 1/20. В этих случаях относительная погреш ность расчетов не превышает 5%. При выводе расчетных формул опре деления остаточных сварочных деформаций (перемещений) цилин дрических конструкций используются допущения и гипотезы, ко торые приняты при расчетах прочности тонких оболочек. В соответ ствии с гипотезой Кирхгофа—Лява предполагается, что прямолиней ные волокна оболочки, перпендикулярные к срединной поверхности до деформации, остаются прямолинейными и перпендикулярными к деформированной срединной поверхности, сохраняя при этом свою длину, а нормальные напряжения в площадках, параллельных срединной поверхности, малы по сравнению с напряжениями в дру
гих площадках.
Цилиндрические конструкции обычно имеют пазовые (продоль ные) сварные соединения, свариваемые в первую очередь, и стыковые (кольцевые) сварные соединения, свариваемые после пазовых со
единений.
Рассмотрим раздельно деформации (перемещения) цилиндриче ских конструкций, вызываемые продольным укорочением, попереч ным укорочением и угловыми деформациями пазовых и стыковых сварных соединений. Методика определения сварочных деформаций цилиндрических конструкций с достаточной точностью может быть использована для определения сварочных деформаций конических конструкций.
§ 27
Деформации, обусловленные сваркой пазовых соединений
Деформации от продольного укорочения* Если длина обечайки
(длина образующей) больше четырехкратного ее диаметра, деформа ция от продольного укорочения пазовых сварных соединений опре деляется как для жесткой сварной балки (см. § 24).
168
Обычно в судостроении длина обечайки (L) меньше ее диа метра (2R). В этом случае продольное укорочение пазового сварного соединения не будет восприниматься всем сечением обечайки, а только его участками, лежащими справа и слева от сварного соединения
Рис. 107. Параметры обечайки.
Ь — длина дуги части обечайки, сопротивляющейся продольному укорочению паза; г — расстояние между центром тяжести v и цен тральной осью части кольца (66).
общей шириной b (рис. 107). При этом будут возникать местные де формации укорочения и изгиба, определяемые по формулам:
> |
II |
vLz
ф = — ;
^ cpL vL2z
8 — 8J ’
(232)
(233)
(234)
где J — момент инерции части кольцевого сечения обечайки, шири ной Ь, сопротивляющейся изгибу от продольного укоро
чения |
сварного соединения, см4; |
v |
от центральной оси |
z — расстояние центра тяжести объема |
|||
части |
сечения обечайки, шириной |
Ь, |
см; |
/— стрелка прогиба паза в плоскости, проходящей через ли нию паза и ось цилиндра, см;
Ф — угол поворота концов паза относительно один другого, рад; АI — среднее продольное укорочение обечайки в зоне паза, см.
Для части обечайки [93]:
z = |
(235) |
169
На рис. 108 приведена |
кривая |
зависимости |
, |
от а. Эта кри- |
|
|
|
|
0 |
|
|
вая может быть аппроксимирована выражением |
|
|
|||
|
0 — |
15 |
|
(240) |
|
|
'“'з ~~ |
|
|
|
|
Подставляя (240) в (237), |
получим: |
|
|
||
|
z |
|
30 |
|
(241) |
|
J |
~ 6R2а3 • |
|
||
|
|
|
|||
Для коротких обечаек |
(L < 2 R) b = aR зависит от длины обе |
||||
чайки (L). Чем длиннее обечайка, тем большая часть ее поперечного сечения вовлекается в сопротивление продольному укорочению свар ного соединения.
Принимая b KL, |
(242) |
170