Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
PAGE 2
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Уфимский государственный нефтяной технический университет»
А.А. Семенов
А.Е. Чуйкин
Работа и расчет угловых сварных швов
с применением ВК «SCAD Office»
методические указания по выполнению лабораторных работ
по дисциплине «Металлические конструкции, включая сварку»
для студентов направления 270000 «Строительство»
специальности 270102 «Промышленное и гражданское строительство»
очной и заочной формы обучения
Уфа 2009
УДК 624.014
Рецензенты: директор ГУП институт БашНИИстрой,
к.т.н. Р.Ф. Вагапов
Семенов А.А., Чуйкин А.Е.
Работа и расчет угловых сварных швов с применением ВК «SCAD Office». Методические указания по выполнению лабораторных работ по дисциплине «Металлические конструкции, включая сварку». – Уфа: Изд-во УГНТУ, 2009.
В методических указаниях изложены теоретические сведения по работе и расчету угловых сварных швов, получаемых электродуговой сваркой плавящимся электродом, приведены варианты исходных данных, описание порядка выполнения лабораторных работ с использованием вычислительного комплекса «SCAD Office». Пособие составлено с учетом СНиП II-23-81* «Стальные конструкции».
Методические указания предназначены для студентов строительных специальностей вузов, изучающих курс «Металлические конструкции, включая сварку».
технический университет, 2009
Семенов А.А., Чуйкин А.Е., 2009
Содержание
|
Стр. |
|
|
Краткие теоретические сведения |
4 |
|
Лабораторная работа №1. Анализ работы угловых фланговых швов |
6 |
|
Цель работы |
6 |
|
Варианты исходных данных |
6 |
|
Порядок выполнения лабораторной работы |
7 |
|
Вывод |
25 |
|
Лабораторная работа №2. Анализ работы угловых лобовых швов |
26 |
|
Цель работы |
26 |
|
Порядок выполнения лабораторной работы |
26 |
|
Вывод |
41 |
|
Лабораторная работа №3. Анализ совместной работы фланговых и лобовых угловых швов |
42 |
|
Цель работы |
42 |
|
Порядок выполнения лабораторной работы |
42 |
|
Общие выводы |
46 |
|
Содержание отчета |
46 |
|
Литература |
46 |
Лабораторные работы
«Работа и расчет угловых сварных швов
с применением ВК «SCAD Office»
Краткие теоретические сведения
Среди соединений металлических конструкций более 80% приходится на сварные соединения, при этом 70% всех сварных соединений выполняются с применением угловых швов [2]. В зависимости от ориентации углового шва относительно действия внешних нагрузок швы подразделяются на лобовые и фланговые (рисунок 1).
|
а) фланговые швы |
б) лобовые швы |
Рисунок 1 - Виды сварных швов
Распределение напряжений по длине флангового шва неравномерно. Наиболее нагруженные участки находятся в начале и в конце соединительного шва (рисунок 2).
|
а) фланговые швы |
б) лобовые швы |
Рисунок 2 - Распределение напряжений в сварных швах по их длине
Коэффициент концентрации напряжений по длине флангового шва в виде равнобедренного треугольника с катетом шва kf равен
Kmax = max/ср = 0.58[ l/( kf)]0.5. (1.1)
Исследования показали [2], что лобовые швы при работе на срез обладает большей прочностью, чем фланговые, на 15-20%. Однако повышенная несущая способность лобового шва в нормах не учитывается и значения расчетного сопротивления углового сварного шва Rwf применительно к фланговым швам, принимается и для лобовых.
|
а) Расчётные сечения сварного соединения с угловым швом |
б) Сечения в конечноэлементной модели |
Рисунок 3
Нормами [1] введен расчет соединения с угловыми швами по двум опасным сечениям среза (рисунок 3):
N/(f kf lw) < Rwf wf c (1.2)
N/(z kf lw) < Rwz wz c, (1.3)
где: f и z – коэффициенты, учитывающие глубину проплавления шва и границы сплавления в зависимости от условий сварки, принимаемые при сварке элементов из стали с пределом текучести y 53 кн/см2 по таблице 34* [1], а при y 53 кн/см2 - f =0.7, z =1.0, независимо от вида сварки, положения шва и диаметра сварочной проволоки;
lw – расчетная длина углового шва, принимаемая меньше его полной длины на 10 мм;
wf и wz коэффициенты условий работы шва, равные 1,0 во всех случаях, кроме конструкций, возводимых в климатических районах I1, I2, II2 и II3, для которых wf = 0.85 для металла шва с Rwun 41 кн/см2 и wz = 0.85 для всех классов сталей;
c – коэффициент условий работы элементов конструкции, принимаемый по таблице 6* [1];
Rwf и Rwz – расчетные сопротивления металла шва и зоны сплавления соответственно, принимаемые по таблице 3 [1].
Лабораторная работа №1
Анализ работы угловых фланговых швов
Составить конечноэлементную модель сварного соединения с фланговыми швами и сделать анализ напряжённо-деформированного состояния соединения под заданной нагрузкой.
|
№ |
Сталь |
Растягивающее усилие, кН |
t1, мм |
t2, мм |
b1, мм |
b2, мм |
x, мм |
l, мм |
y, мм |
kf |
|
1 |
C245 |
120 |
12 |
20 |
100 |
300 |
200 |
160 |
320 |
12 |
|
2 |
C255 |
130 |
10 |
18 |
120 |
240 |
240 |
180 |
360 |
10 |
|
3 |
C285 |
140 |
10 |
16 |
140 |
300 |
260 |
180 |
360 |
10 |
|
4 |
C245 |
150 |
14 |
24 |
160 |
400 |
280 |
200 |
400 |
14 |
|
5 |
C285 |
120 |
10 |
14 |
180 |
360 |
220 |
220 |
440 |
10 |
|
6 |
C245 |
140 |
12 |
16 |
200 |
400 |
300 |
240 |
480 |
12 |
|
7 |
C255 |
160 |
14 |
18 |
100 |
240 |
220 |
260 |
520 |
14 |
|
8 |
C245 |
170 |
14 |
20 |
120 |
240 |
200 |
280 |
560 |
14 |
|
9 |
C255 |
130 |
12 |
22 |
140 |
240 |
240 |
300 |
600 |
12 |
|
10 |
C285 |
200 |
16 |
24 |
160 |
320 |
260 |
300 |
600 |
16 |
|
11 |
C245 |
140 |
12 |
16 |
180 |
360 |
260 |
280 |
360 |
12 |
|
12 |
C285 |
180 |
16 |
14 |
160 |
300 |
280 |
260 |
520 |
16 |
|
13 |
C245 |
150 |
12 |
16 |
180 |
360 |
300 |
240 |
480 |
12 |
|
14 |
C255 |
100 |
8 |
14 |
200 |
400 |
300 |
220 |
440 |
6 |
|
15 |
C245 |
120 |
12 |
18 |
100 |
240 |
260 |
200 |
400 |
12 |
|
16 |
C245 |
160 |
14 |
24 |
120 |
300 |
240 |
180 |
360 |
14 |
|
17 |
C255 |
170 |
14 |
20 |
140 |
200 |
220 |
160 |
320 |
14 |
|
18 |
C285 |
120 |
8 |
10 |
100 |
300 |
300 |
160 |
600 |
8 |
|
19 |
C245 |
130 |
10 |
12 |
120 |
400 |
220 |
180 |
360 |
10 |
|
20 |
C285 |
180 |
16 |
18 |
140 |
360 |
200 |
180 |
520 |
16 |
|
21 |
C245 |
140 |
12 |
16 |
160 |
400 |
240 |
200 |
480 |
12 |
|
22 |
C255 |
110 |
8 |
12 |
180 |
240 |
260 |
220 |
440 |
8 |
|
23 |
C245 |
120 |
10 |
14 |
200 |
240 |
260 |
240 |
400 |
10 |
|
24 |
C255 |
130 |
10 |
12 |
100 |
240 |
280 |
260 |
360 |
10 |
|
25 |
C285 |
170 |
14 |
18 |
120 |
320 |
300 |
280 |
320 |
14 |
|
26 |
C285 |
190 |
16 |
20 |
140 |
360 |
300 |
300 |
320 |
16 |
|
27 |
C245 |
200 |
18 |
22 |
160 |
300 |
260 |
300 |
360 |
18 |
|
28 |
C255 |
140 |
10 |
16 |
180 |
400 |
240 |
220 |
360 |
10 |
|
29 |
C245 |
160 |
8 |
10 |
140 |
360 |
300 |
240 |
400 |
8 |
|
30 |
C285 |
190 |
16 |
22 |
160 |
400 |
260 |
260 |
440 |
16 |
Исходные данные
Размеры пластин:
Большая пластина – 200х200х10мм (материал – сталь С285);
Накладки – 200х100х10мм (материал – сталь С285);
Растягивающее усилие – 160кН (16 тс).
Создаём новый проект, выбрав тип схемы «5- система общего вида».
Нажимаем кнопку «Единицы измерения» и в открывшемся окне для линейных размеров выбираем единицу измерения миллиметры. Точность указания линейных размеров увеличиваем до четырёх знаков после запятой, а размеров сечений – до трёх. Делается это нажатием на кнопку с символом «>» рядом с соответствующим пунктом.
Перед формированием расчётной схемы необходимо зайти в меню Опции / Настройка графической среды.
В открывшемся окне необходимо задать «Точность сборки» равной 0,00005мм и «Точность оценки совпадающих узлов» равной 0,001мм.
В окне управления проектом заходим в пункт «Расчётная схема».
На палитре «Фильтры отображения» активируем «Номера узлов» , «Связи» , «Узлы» , «Узловые нагрузки» и «Значения нагрузок» .
Каждая пластина будет состоять из множества кубических элементов, каждый из которых задаётся 8 узлами.
Заходим во вкладку «Узлы и элементы» в подраздел «Узлы» . Нажимаем на кнопку «Ввод узлов» . В появившемся окне последовательно задаём по координатам 4 узла. Их координаты будут 1(0;0;0), 2(0;5;0), 3(0;0;5), 4(0;5;5).
Нажимаем на кнопку «Ввести узлы на заданном расстоянии от отмеченных» и в появившемся окне «Ввод узлов» в поле «dx» вводим значение 5, а в поле «Количество» - 1.
Выделяем узлы 1-4 и нажимаем на клавиатуре клавишу «Enter». После этого должны появиться узлы 5-8.
Заходим во вкладку «Узлы и элементы» в подраздел «Элементы» . Нажимаем кнопку «Добавление объёмных элементов» . В появившемся окне выбираем пункт «8-узловой изопараметрический конечный элемент»
Выделяем узлы В СЛЕДУЮЩЕЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8. Появляется кубический элемент.
Выделяем элемент. Заходим во вкладку «Схема». Нажимаем кнопку «копирование фрагмента схемы» . Выбираем пункт «Копировать в направлении X». Устанавливаем шаг равный 5мм и количество 39. Нажимаем кнопку «ОК».
На вопрос «Сохранить результаты копирования?» отвечаем: «Да».
Теперь выделяем все полученные элементы и аналогично копируем их по оси Y, задав шаг равный 5мм и количество – 19. После этого должна получиться пластина из 20×40=800 элементов. Необходимо скопировать один раз все элементы пластины по оси Z с шагом 5мм.
Вторая пластина будет располагаться на расстоянии 20,1мм от первой. 20мм – толщина двух пластин; 0,05+0,05=1мм – толщина двух зазоров между двумя маленькими и одной большой пластиной.
На палитре «Визуализация» нажимаем кнопку «Проекция на плоскость XoZ» . На экране должна получиться следующая схема:
Выделяем на нижней пластине правые 20 элементов. Для этого кликаем правой кнопкой мыши в любой точке экрана. В окне «Выбор элементов» выбираем инструмент «Прямоугольник». С помощью этого инструмента выделяем необходимые элементы (они должны стать красными). Теперь копируем их по оси Z на расстояние 10,5 мм. Выделяем полученные элементы и копируем их по оси X на 100мм. В итоге получается следующая схема:
На палитре «Визуализация» выбираем пункт «Проекция на плоскость YoZ» .
В результате на экране отобразится следующая схема:
Необходимо выделить элементы, выделенные на рисунке прямоугольником, и скопировать их по оси Y сначала на -50мм, а затем на 100мм. Получается следующая схема:
Теперь нужно удалить совпадающие узлы. Заходим во вкладку «Узлы и элементы» в подраздел «Узлы» и нажимаем кнопку «Объединение совпадающих узлов» . Также необходимо сделать упаковку данных, нажав соответствующую кнопку .
Сварные швы составлены из трёх тетраэдрических элементов. 1 и 2 – это элементы, примыкающие непосредственно к пластинам. 3 – элемент, эквивалентный сечению сварного соединения по металлу шва.
Для удобства задания элементов сварных швов необходимо фрагментировать часть схемы. Для этого на палитре «Визуализация» нажимаем кнопку «Отсечение на проекциях» . В появившемся окне необходимо выделить три элемента на проекции YoZ как показано на рисунке.
После этого в окне «Общий вид» заходим в меню «Файл» и выбираем пункт «Выход с сохранением фрагментации».
На экране появится следующая схема:
Теперь ещё раз на палитре «Визуализация» нажимаем кнопку «Отсечение на проекциях» . В появившемся окне выделяем элементы на плоскости XoZ, как показано на следующем рисунке:
В окне «Общий вид» заходим в меню «Файл» и выбираем пункт «Выход с сохранением фрагментации». На палитре «Фильтры отображения» активируем пункты «Узлы» и «Номера узлов» . Получаем следующее:
Во вкладке «Узлы и элементы» в подпункте «Узлы» нажимаем кнопку «Ввод дополнительных узлов между узлами» . В открывшемся окне выбираем пункт «На N равных участков». Задаём значение N=2.
Нажимаем кнопку «ОК» и последовательно выбираем следующие узлы: 7099 и 2666, 7100 и 2670. Появляются узлы 10210 и 10211.
Заходим во вкладку «Узлы и элементы» в раздел «Элементы» и нажимаем кнопку «Добавление объёмных элементов» . В открывшемся окне выбираем пункт «6-узловой изопараметрический конечный элемент».
Нажимаем кнопку «ОК» и выбираем последовательно узлы: 7099, 10210, 6049, 7100, 10211, 6051 и 10210, 2664, 6049, 10211, 2668, 6051 и 10210, 2666, 2664, 10211, 20670, 2668. После этого должны появится три 6-узловых элемента.
В результате должно получиться следующее:
Выделяем созданные элементы (6401, 6402, 6403), заходим во вкладку «Схема» и нажимаем кнопку «Копирование фрагмента схемы» . В открывшемся окне задаём: направление копирования по оси Х, шаг – 5мм, количество – 19.
Для контроля правильности задания элементов шва можно воспользоваться инструментом «Презентационная графика», нажав в палитре «Фильтры отображения» на соответствующую кнопку . В итоге должна получиться следующая схема:
Аналогично задаём три других фланговых шва.
Теперь нужно удалить совпадающие узлы. Заходим во вкладку «Узлы и элементы» в подраздел «Узлы» и нажимаем кнопку «Объединение совпадающих узлов» . Также необходимо сделать упаковку данных, нажав соответствующую кнопку .
Заходим во вкладку «Назначения» и нажимаем кнопку «Назначение жесткостей объёмным элементам» . В открывшемся окне в пункте «Материал» из ниспадающего меню выбираем пункт «сталь обыкновенная» и нажимаем кнопку «ОК».
Выбираем все элементы. Для этого нажимаем правую кнопку мыши на свободном месте экрана и в открывшемся окне «Выбор узлов и элементов» нажимаем кнопку «Инвертировать выбор элементов».
Все элементы должны стать красными. Подтверждаем выбор нажатием клавиши «Enter» на клавиатуре. Жёсткости заданы.
Для удобства задания условий закрепления спроецируем нашу схему на плоскость XoZ. Для этого в палитре «Визуализация» нажимаем кнопку «Проекция на плоскость XoZ» .
Заходим во вкладку «Назначения» и нажимаем кнопку «Установка связей в узлах» . В открывшемся окне выбираем связи по осям X и Z:
Нажимаем кнопку «ОК» в данном окне. Затем «кликаем» правой кнопкой мыши на чёрном фоне и в открывшемся окне «Выбор узлов и элементов» выбираем инструмент «Прямоугольник» . С помощью данного инструмента выделяем крайние левые узлы и подтверждаем выбор нажатием клавиши «Enter» на клавиатуре.
Крайние правые узлы средней пластины закрепляем от перемещений по оси Z аналогичным образом.
Усилие 160 кН необходимо равномерно распределить по торцевой поверхности средней пластины. Нагрузка прикладывается к узлам, лежащим на этой поверхности.
Для определения сил, действующих в узлах, применим метод «грузовых площадей». Поясним его на простейшем примере. Рассмотрим торец стержня, состоящего из 6-ти объёмных элементов. К стержню приложена нагрузка P. Вся эта нагрузка приводится к равномерно распределённой по торцу.
В узлы нагрузка прикладывается, как показано на рисунке: в узлы, принадлежащие только одному элементу, прикладывается нагрузка 1F; в узлы, одновременно принадлежащие двум элементам – 2F; в узлы, одновременно принадлежащие четырём элементам – 4F. Величина F определяется по следующей формуле:
, где:
P – величина силы, растягивающей стержень;
n1 – число узлов, принадлежащих только одному элементу;
n2 – число узлов, одновременно принадлежащих двум элементам;
n4 – число узлов, одновременно принадлежащих четырём элементам.
В нашем случае .
Во вкладке нагрузки нажимаем кнопку «Узловые нагрузки» . В открывшемся окне в пункте «Направление действия нагрузки» в подпункте «Силы» задаём силу соответствующей величины, действующую по оси X.
Нажимаем кнопку «ОК» и выбираем все необходимые узлы.
Задав нагрузки, необходимо сохранить загружение. Для этого надо во вкладке «Загружения» нажать на кнопку «Сохранить / Добавить загружение» . В открывшемся окне необходимо задать имя загружения «Растяжение 160кН» и его номер (1).
Нажимаем на кнопку «ОК» и на вопрос: «Перейти к формированию следующего загружения?» отвечаем: «Нет».
Заходим во вкладку «Управление» и выходим в «Экран управления проектом» .
В окне управления проектом в разделе «Расчёт» активизируем пункт «Линейный». В окне «Параметры расчёта» всё оставляем без изменений и нажимаем кнопку «ОК». Если в появившемся окне протокола выполнения расчёта подтверждается правильность выполнения расчёта («Задание выполнено») и нет замечаний «Геометрически изменяемая система», то нажимаем кнопку «Выход».
В разделе «Результаты» дерева проекта устанавливаем курсор в позицию «Графический анализ» и активизируем окно постпроцессора.
Анализ напряжённо-деформированного состояния ведётся по главным напряжениям. Для просмотра их значений заходим во вкладку «Постпроцессоры». Нажимаем кнопку «Анализ главных/эквивалентных напряжений» . Из ниспадающего меню «Выбор вида напряжений» выбираем S1. Нажимаем кнопку «Отображение изополей и изолиний главных/эквивалентных напряжений» . Получаем следующую картину:
Нас интересуют напряжения только в металле сварного шва. На палитре «Визуализация» нажимаем кнопку «Отсечение на проекциях» . В появившемся окне необходимо выделить три элемента на проекции YoZ как показано на рисунке:
После этого в окне «Общий вид» заходим в меню «Файл» и выбираем пункт «Выход с сохранением фрагментации».
На экране появится следующая схема:
Теперь ещё раз на палитре «Визуализация» нажимаем кнопку «Отсечение на проекциях» . В появившемся окне выделяем элементы на плоскости XoZ, как показано на следующем рисунке:
В окне «Общий вид» заходим в меню «Файл» и выбираем пункт «Выход с сохранением фрагментации». На палитре «Визуализация» нажимаем на кнопку «Проекция на плоскость XoZ» . Получаем следующее:
Для просмотра значений главных напряжений необходимо на палитре «Фильтры отображения» нажать кнопку «Оцифровка изополей и изолиний» . Картина будет следующей:
Далее фрагментируем каждый элемент металла шва по отдельности.
Напряжения в отдельном элементе распределяются следующим образом:
Нас интересуют напряжения только на торцах элемента. Выписываем значения этих напряжений и строим по ним график распределения напряжений в металле шва.
|
Номера элементов |
Напряжения, МПа |
|
6402 |
285 |
|
6405 |
104,7 |
|
6408 |
138 |
|
6411 |
121,7 |
|
6414 |
119,3 |
|
6417 |
114,3 |
|
6420 |
110,4 |
|
6423 |
107 |
|
6426 |
104,6 |
|
6429 |
103 |
|
6422 |
102,3 |
|
6425 |
102,4 |
|
6428 |
103,3 |
|
6431 |
105,1 |
|
6434 |
108,1 |
|
6437 |
112,3 |
|
6440 |
119,7 |
|
6443 |
126,8 |
|
6446 |
156,7 |
|
6449 |
131 |
Находим среднее значение, не учитывая точки, выпадающие из графика (элементы 6405 и 6446. Среднее напряжение в шве находится как среднее арифметическое для этих элементов
.
Коэффициент концентрации напряжений .
Сравним полученное нами значение со значением, найденным по формуле СНиП.
Теоретическое значение находим по формуле
.
Коэффициент концентрации напряжений .
Вывод
Погрешность расчёта в SCADе составляет .
Лабораторная работа №2
Анализ работы угловых лобовых швов
Составить конечноэлементную модель сварного соединения с лобовыми швами и сделать анализ напряжённо-деформированного состояния соединения под заданной нагрузкой.
Сварные швы составлены из трёх тетраэдрических элементов. 1 и 2 – это элементы, примыкающие непосредственно к пластинам. 3 – элемент, эквивалентный сечению сварного соединения по металлу шва.
Для того чтобы результаты расчёта соответствовали теории, необходимо чтобы сварные швы были симметричны относительно оси Z (имеется в виду общая система координат). Поэтому сначала мы задаём левую часть шва, состоящую из 10 элементов, местные оси Z1 которых направлены вправо от оси Z, а затем левую часть из 10 элементов, местные оси Z1 которых направлены влево от оси Z.
Для удобства задания элементов сварных швов необходимо фрагментировать часть схемы. Для этого на палитре «Визуализация» нажимаем кнопку «Отсечение на проекциях» . В появившемся окне необходимо выделить три элемента на проекции XoZ как показано на рисунке.
После этого в окне «Общий вид» заходим в меню «Файл» и выбираем пункт «Выход с сохранением фрагментации».
На экране появится следующая схема:
Зададим левую часть сварного шва.
На палитре «Визуализация» нажимаем кнопку «Отсечение на проекциях» . В появившемся окне выделяем элементы на плоскости YoZ, как показано на следующем рисунке:
В окне «Общий вид» заходим в меню «Файл» и выбираем пункт «Выход с сохранением фрагментации». На палитре «Фильтры отображения» активируем пункты «Узлы» и «Номера узлов» . Получаем следующее:
Во вкладке «Узлы и элементы» в подпункте «Узлы» нажимаем кнопку «Ввод дополнительных узлов между узлами» . В открывшемся окне выбираем пункт «На N равных участков». Задаём значение N=2.
Нажимаем кнопку «ОК» и последовательно выбираем следующие узлы: 2746 и 7330, 2747 и 7331. Появляются узлы 10210 и 10211.
Заходим во вкладку «Узлы и элементы» в раздел «Элементы» и нажимаем кнопку «Добавление объёмных элементов» . В открывшемся окне выбираем пункт «6-узловой изопараметрический конечный элемент».
Нажимаем кнопку «ОК» и выбираем последовательно узлы: 2746, 10210, 2744, 2747, 10211, 2745 и 2744, 10210, 6089, 2745, 10211, 2745 и 6089, 10210, 7330, 6090, 10211, 7331. Должны получить следующее:
Выделяем созданные элементы (6401, 6402, 6403), заходим во вкладку «Схема» и нажимаем кнопку «Копирование фрагмента схемы» . В открывшемся окне задаём: направление копирования по оси Y, шаг – 5мм, количество –9.
Теперь зададим правую часть сварного шва.
На палитре «Визуализация» нажимаем кнопку «Отсечение на проекциях» . В появившемся окне необходимо выделить три элемента на проекции XoZ как показано на рисунке.
После этого в окне «Общий вид» заходим в меню «Файл» и выбираем пункт «Выход с сохранением фрагментации».
На экране появится следующая схема:
Теперь снова на палитре «Визуализация» нажимаем кнопку «Отсечение на проекциях» . В появившемся окне выделяем элементы на плоскости YoZ, как показано на следующем рисунке:
В окне «Общий вид» заходим в меню «Файл» и выбираем пункт «Выход с сохранением фрагментации». На палитре «Фильтры отображения» активируем пункты «Узлы» и «Номера узлов» . Получаем следующее:
Во вкладке «Узлы и элементы» в подпункте «Узлы» нажимаем кнопку «Ввод дополнительных узлов между узлами» . В открывшемся окне выбираем пункт «На N равных участков». Задаём значение N=2.
Нажимаем кнопку «ОК» и последовательно выбираем следующие узлы: 3485 и 7530, 3567 и 7550. Появляются узлы 10302 и 10303.
Заходим во вкладку «Узлы и элементы» в раздел «Элементы» и нажимаем кнопку «Добавление объёмных элементов» . В открывшемся окне выбираем пункт «6-узловой изопараметрический конечный элемент».
Нажимаем кнопку «ОК» и выбираем последовательно узлы: 3567, 10303, 3566, 3485, 10302, 3484 и 3566, 10303, 6300, 3484, 10302, 6279 и 6300, 10303, 7550, 6279, 10302, 7530. Должны получить следующее:
Выделяем созданные элементы (6431, 6432, 6433), заходим во вкладку «Схема» и нажимаем кнопку «Копирование фрагмента схемы» . В открывшемся окне задаём: направление копирования по оси Y, шаг – 5мм, количество –9.
Для контроля правильности задания элементов шва можно воспользоваться инструментом «Презентационная графика», нажав в палитре «Фильтры отображения» на соответствующую кнопку . В итоге должна получиться следующая схема:
Аналогично задаём другой лобовой шов.
Теперь нужно удалить совпадающие узлы. Заходим во вкладку «Узлы и элементы» в подраздел «Узлы» и нажимаем кнопку «Объединение совпадающих узлов» . Также необходимо сделать упаковку данных, нажав соответствующую кнопку .
В разделе «Результаты» дерева проекта устанавливаем курсор в позицию «Графический анализ» и активизируем окно постпроцессора.
Анализ напряжённо-деформированного состояния ведётся по главным напряжениям. Для просмотра их значений заходим во вкладку «Постпроцессоры». Нажимаем кнопку «Анализ главных/эквивалентных напряжений» . Из ниспадающего меню «Выбор вида напряжений» выбираем S1. Нажимаем кнопку «Отображение изополей и изолиний главных/эквивалентных напряжений» . Получаем следующую картину:
Нас интересуют напряжения только в металле сварного шва. На палитре «Визуализация» нажимаем кнопку «Отсечение на проекциях» . В появившемся окне необходимо выделить три элемента на проекции XoZ как показано на рисунке:
После этого в окне «Общий вид» заходим в меню «Файл» и выбираем пункт «Выход с сохранением фрагментации».
На экране появится следующая схема:
Теперь ещё раз на палитре «Визуализация» нажимаем кнопку «Отсечение на проекциях» . В появившемся окне выделяем элементы на плоскости XoZ, как показано на следующем рисунке:
В окне «Общий вид» заходим в меню «Файл» и выбираем пункт «Выход с сохранением фрагментации». На палитре «Визуализация» нажимаем на кнопку «Проекция на плоскость XoZ» . Получаем следующее:
Для просмотра значений главных напряжений необходимо на палитре «Фильтры отображения» нажать кнопку «Оцифровка изополей и изолиний» . Картина будет следующей:
Для удобства просмотра значений можно воспользоваться инструментом «Увеличение изображения» с палитры «Визуализация».
Выписываем эти значения и строим по ним график распределения напряжений в металле шва.
|
Номера элементов |
Напряжения, МПа |
|
6402 |
310,1 |
|
6405 |
174,6 |
|
6408 |
175,9 |
|
6411 |
159,5 |
|
6414 |
153,5 |
|
6417 |
148,4 |
|
6420 |
145,1 |
|
6423 |
142,7 |
|
6426 |
141,2 |
|
6429 |
140,3 |
|
6432 |
140,3 |
|
6435 |
141,2 |
|
6438 |
142,7 |
|
6441 |
145,1 |
|
6444 |
148,4 |
|
6447 |
153,5 |
|
6450 |
159,5 |
|
6453 |
175,9 |
|
6456 |
174,6 |
|
6459 |
310,1 |
Находим среднее значение, не учитывая точки, выпадающие из графика (элементы 6405 и 6456. Среднее напряжение в шве находится как среднее арифметическое для этих элементов
.
Коэффициент концентрации напряжений .
Сравним полученное нами значение со значением, найденным по формуле СНиП.
Теоретическое значение находим по формуле
.
Коэффициент концентрации напряжений .
Вывод
Погрешность расчёта в SCADе составляет .
Лабораторная работа №3
Анализ совместной работы фланговых и лобовых угловых швов
Составить конечноэлементную модель сварного соединения с фланговыми и лобовыми швами и сделать анализ напряжённо-деформированного состояния соединения под заданной нагрузкой.
Исходные данные
Размеры пластин:
Большая пластина – 240х360х12мм (материал – сталь С285);
Накладки – 240х120х12мм (материал – сталь С285);
Суммарная длина четырёх фланговых швов – 480мм;
Суммарная длина двух лобовых швов – 480мм;
Растягивающее усилие принимается по таблице 1 и увеличивается в 3 раза (по заданию) – 160кН х 3 = 480кН.
Пластины и сварные швы создаются из объёмных элементов так же, как и в лабораторных работах №1 и №2. В итоге должна получиться следующая схема:
При расчёте должна получиться следующая картина распределения напряжений:
Представим результаты расчёта в табличной форме:
|
Фланговый шов |
|
|
Номера элементов |
σ, МПа |
|
11202 |
307,1 |
|
11205 |
108,1 |
|
11208 |
141,4 |
|
11211 |
121,4 |
|
11214 |
116,5 |
|
11217 |
109 |
|
11220 |
102,6 |
|
11223 |
96,9 |
|
11226 |
92 |
|
11229 |
87,8 |
|
11232 |
84,4 |
|
11235 |
81,7 |
|
11238 |
79,5 |
|
11241 |
77,9 |
|
11244 |
77,1 |
|
11247 |
77,1 |
|
11250 |
78,3 |
|
11253 |
81,5 |
|
11256 |
85,5 |
|
11259 |
90,4 |
Находим среднее значение, не учитывая точки, выпадающие из графика (элементы 11205). Среднее напряжение в шве находится как среднее арифметическое для этих элементов
.
|
Лобовой шов |
|
|
Номера элементов |
σ, МПа |
|
11442 |
157,8 |
|
11445 |
141,7 |
|
11448 |
133,3 |
|
11451 |
129,3 |
|
11454 |
126,6 |
|
11457 |
125,4 |
|
11460 |
124,7 |
|
11463 |
124,4 |
|
11466 |
124,4 |
|
11469 |
124,4 |
|
11472 |
124,5 |
|
11475 |
124,6 |
|
11478 |
124,7 |
|
11481 |
124,8 |
|
11484 |
124,9 |
|
11487 |
124,9 |
|
11490 |
124,9 |
|
11493 |
125 |
|
11496 |
125 |
|
11499 |
125 |
|
11502 |
125 |
|
11505 |
125 |
|
11508 |
125 |
|
11511 |
124,9 |
|
11514 |
124,9 |
|
11517 |
124,9 |
|
11520 |
124,8 |
|
11523 |
124,7 |
|
11526 |
124,6 |
|
11529 |
124,5 |
|
11532 |
124,4 |
|
11535 |
124,4 |
|
11538 |
124,4 |
|
11541 |
124,7 |
|
11544 |
125,4 |
|
11547 |
126,6 |
|
11550 |
129,3 |
|
11553 |
133,3 |
|
11556 |
141,7 |
|
11559 |
157,8 |
Найдём среднее напряжение в лобовом шве как среднее арифметическое для всех его элементов:
.
Фактически получается, что лобовой шов обладает большей прочностью, чем фланговый в раза.
Среднее напряжение будет равно:
.
Сравним его с теоретическим.
В нормах повышенная несущая способность лобовых швов не учитывается и для них принимается такое же расчётное сопротивление, как и для фланговых швов. Поэтому будем рассчитывать соединение как один сплошной шов длиной 4×100мм+2×200мм=800мм.
Теоретическое значение:
.
Погрешность вычислений в SCADе составляет:
.
Сравнение результатов расчёта, полученных с использованием ВК SCAD, с результатами теоретического расчёта по формулам СНиП приведены в таблице 2.
Таблица 2
|
Вид углового шва |
Исходные данные |
Среднее напряжение, МПа |
Коэффициент концентрации, kmax |
||||||
|
Длина l, м |
Катет kf, мм |
Растяг. усилие N, кН |
Расчёт на SCAD |
Расчёт по СНиП |
Погреш-ность, % |
Расчёт на SCAD |
Расчёт по СНиП |
Погреш-ность, % |
|
|
Фланговый |
4x100 |
5 |
160 |
123,8 |
127,0 |
2,52 |
2,30 |
3,1 |
25,8 |
|
Лобовой |
2x200 |
5 |
160 |
169,1 |
177,7 |
5,0 |
1,69 |
2,59 |
34,8 |
|
Совместная работа флангового и лобового швов |
4x120+ 2x240 |
5 |
480 |
116,0 |
152,4 |
23,9 |
- |
- |
- |
Общие выводы
1. Эксперименты показали, что лобовые швы при работе на срез обладают большей прочностью, чем фланговые, в данном примере на 22%.
2. Погрешность расчета модели угловых сварных швов с использованием ВК «SCAD Office» по сравнению с теоретическим расчетом по формулам СНиП II-23-81* «Стальные конструкции» составила: - для флангового шва 2,52%; - для лобового шва – 5,0%; - при совместной работе флангового и лобового швов – 23,9%.
Содержание отчета
1. Название и цель лабораторной работы.
2. Конспект теоретической части с краткими сведениями о сварных угловых швах, принципах их работы и расчета.
3. Результаты расчетов с иллюстрациями выполнения работы в ВК «SCAD Office».
4. Расчеты напряжений в сварных швах и их сравнение для значений, полученных в ВК «SCAD Office» и по формулам СНиП II-23-81* «Стальные конструкции». Погрешности расчетов (в %).
5. Результаты лабораторных работ (представить в виде таблицы 2).
6. Общие выводы.
Литература