ПРОЧНОСТНОЙ АНАЛИЗ СВАРНОГО ШВА В SOLID SIMULATION

STRENGTH ANALYSIS OF THE WELD IN SOLID SIMULATION

Veronika Richter

Master student, Department of Mechanical Engineering Technology, Arzamas Polytechnic Institute (branch) of the Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education “Nizhny Novgorod State Technical University named after R.E. Alekseeva ",

Russia, Arzamas

Alexey Shurygin

scientific adviser, cand. tech. Sciences, Assoc., Arzamas Polytechnic Institute (branch) of the Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education “Nizhny Novgorod State Technical University named after R.E. Alekseeva ",

Russia, Arzamas

АННОТАЦИЯ

В данной статье рассматривается методика проведения прочностного расчета сварных швов конструкций машиностроения на основе использования твердотельной модели и определения контактного взаимодействия в программном обеспечении Solid Simulation.

ABSTRACT

This article discusses a technique for carrying out the strength analysis of welded joints in mechanical engineering structures based on the use of a solid model and the determination of contact interaction in the Solid Simulation software.

Ключевые слова: сварной шов, прочность, исследование, Solid Simulation, твердотельная модель.

Keywords: weld, Strength, Study, Solid Simulation, Solid Model.

В современных конструкциях машиностроения довольно часто используются сварные конструкции. Использование такого способа соединения деталей позволяет получить жесткую и прочную конструкцию, способную выдержать приложенные к ней внешние силовые воздействия. Использование сварных конструкций делает изготовление узлов и сборочных единиц более технологичным и менее трудоемким.

Наряду с положительными моментами использования сварных конструкций имеется ряд сложностей с их расчетом на прочность, так как от правильно подобранной конструкции сварного шва зависит работоспособность всего изделия.

В настоящее время имеется довольно много программ инженерного анализа, способных выполнять прочностные расчеты по трехмерным моделям. Одной из таких программ является расчетный модуль SolidWorks – Solid Simulation.

В Solid Simulation имеется возможность задавать точечные сварные швы (метод контактной сварки), моделировать торцевые сварные швы (тавровый лили угловой двухсторонний, тавровый лили угловой односторонний, стыковой сварной шов двухсторонний, стыковой сварной шов односторонний).

Довольно часто в проектируемых конструкциях необходимо рассчитать сварной шов сложной конфигурации (например, круговой).

Для расчета такого рода сварных швов предлагается использовать специально построенную модель непосредственно сварного шва и задать необходимые контактные взаимодействия между свариваемыми деталями.

Остановимся на предлагаемой методике более подробно. Рассмотрим конструкцию барабана механизированной части пантографа (см. рисунок 1).

Расчетная модель конструкции барабана состоит из следующих компонентов: фланец листовой, фланец, барабан и сварной шов.

Рисунок 1. Барабан механизированной части пантографа

Необходимо отметить, что сварной шов представляет собой твердотельную модель, созданную по геометрическим размерам сварного шва (см. рисунок 2)

Рисунок 2. Модель сварного шва

Моделирование статического исследования в Solid Simulation целесообразно начать с назначения материалов деталям конструкции [1]. Особого внимания заслуживает задание глобального контакта и контакта между компонентами, соприкасающимися с моделью сварного шва. Необходимо отметить, что в качестве глобального контакта необходимо использовать контакт «Нет проникновения», особенностью которого является то, что соприкасающиеся и контактирующие детали не проникают друг в друга, а лишь деформируют.

Между деталью «Сварной шов» и «Фланец листовой» необходимо задать контакт «Связанный» на несовместной сетке (см. рисунок 3).

Рисунок 3. Компонент соприкасания между деталями «Сварной шов» и «фланец листовой»

Аналогичный контакт задан между деталями «Сварной шов» и «Фланец»

Модель винтов М6х20 ГОСТ 11738-84 (которые используются в реальной конструкции) предлагается заменить виртуальными винтами с моментом затяжки 4,4 Нм (см. рисунок 4).

Рисунок 4. Виртуальные винты М6х20 ГОСТ 11738-84

Фиксация конструкции в пространстве происходит по внутренней цилиндрической поверхности фланца (см. рисунок 5).

Рисунок 5. Зафиксированная геометрия

В конструкции пантографа с помощью исследуемых барабанов поднимается навесная часть пантографа (38 кг) и непосредственно поднимаемый вес (80 кг). Так как в конструкции механизированной части пантографа используются два барабана, то на каждый приходится 59 кг поднимаемого веса. Данная масса вызывает момент вращения вокруг вокруг оси барабана, равный 24,59 Нм (с плечом 0,0425 м – радиус барабана). Способ приложения данной внешней нагрузки представлен на рисунке 6.

Рисунок 6. Приложение вращающего момента от массы 59 кг

После задания всех внешних сил, способа закрепления и контактов необходимо сгенерировать сетку конечных элементов (см. рисунок 7) и запустить расчет.

Рисунок 7. Сетка КЭ

В результате проведенного расчета можно определить возникающие напряжения в любом компоненте исследуемой сборочной единицы (см. рисунок 4.8).

Рисунок 8. Напряжения в сварном шве

По данной эпюре видно, что максимальное напряжение, которое возникнет в сварном шве равно 10,3 МПа, что существенно ниже предела текучести материала сварного шва. Можно с уверенностью сказать, что сборная конструкция барабана выдержит приложенные внешние силовые воздействия.

Предложенная методика расчета напряжений в сварных швах может быть использована в любых программах, которые рассчитывают методом конечных элементов.

Список литературы:

1. SOLIDWORKS Simulation Help: официальный сайт. – URL: http://help.solidworks.com/2018/english/solidworks/cworks/idc_help_helptopics.htm (дата обращения: 30.11.2020)