[Kultura]

Здравствуйте, нужна помощь по сварным соединениям.

Была задача посчитать на прочность крючок, приваренный к подвесной трубе. Температура среды в трубе 349, снаружи 677 град. С. Задан воздействующий тепловой поток. Давление среды 35 МПа.
Материал трубы 12Х1МФ, шва 20Х23Н13, крючка 12Х17. Т.е. имеем сварное соединение разнородных сталей.

1) Строю модель. Сварное соединение получается как три материала в одной совмещенной геометрии, т.е. контактные элементы не использую.
2) Задаю свойства материалов по температурам, в том числе кривую деформаций (TB,KINH).
3) Задаю потоки на внешних поверхностях и теплообмен со средой. Провожу температурный анализ конструкции, получаю распределение температур. На шве температура 366 – 407 град. С.
4) Считываю распределение температур и провожу структурный анализ. Результат – шов течет в местах контакта с другими материалами. См. рис.
Картинки 1-2 - распределение температур, 3 - напряжения, 4-5 - деформации, обрезанные по значению 0.002

К сожалению, меня некому проверить, ansys изучаю в порядке самообразования. Среди сотрудников нет даже теоретиков по вопросам сварных соединений.
В связи с этим у меня вопросы сразу и по теории и по практике:

Т1) В литературе пишут, что следует варить стали с близкими коэффициентами линейного расширения и теплопроводностью. Кроме того, шов делать по возможности более пластичным. Между тем, экспериментально установлено, что стали варятся несмотря на разницу данных свойств. При этом «все работает» и «ничего не ломается». Вопрос, почему? Правильно ли будет объяснить это тем, что при возникновении высоких внутренних напряжений, материал течет, коробится, напряжения сбрасываются до уровня предела текучести, и деталь продолжает работать с измененными размерами?

Т2) Возможны ли внутренние напряжения, которые разорвут пластичный шов? При этом понятно, что если шов закаливается в процессе сварки, то при внутренних напряжениях больше предела текучести, появляются трещины. А если шов пластичный?

Т3) Что делать с полученными внутренними напряжениями, какие можно сделать выводы о шве по ним? Тем более, что кривые деформаций после определенных значений деформаций обращаются в кривые абсолютно пластичного материала.

П1) Можно ли с помощью ansys описанным образом моделировать сварное соединение, и насколько доверять полученным результатам?

П2) Как учесть перемешивание сплавляемых металлов, которое дает в месте проплавления неизвестные свойства?

П3) В интернете валяются отчеты, где люди ставят в местах стыков шов - основной металл контактные элементы, почему нельзя обойтись общей геометрией?

С уважением, Курепин Максим.

[СергейД]

извини, нет времени на детальный ответ. вкратце.
0) помогать можно, глядя в макрос. сделай.
1) возможно.
2) надо задавать диаграмму с нисходящей ветвью, благо Kinh это дозволяет. будет перераспределение и сглаживание нелинейной сходимости
3) моделировал шов, который был в колонне Трансвааля.
получилось вполне физично. И совпало с реалиями.
4) проблема в определении свойств. Эксперименты для ТР-ля показали, что свойтсва основного металла имеют разброс (по памяти 210-300 МПа предел текучести вместо 230), а вот сварной шов имел 500-700 МПА!!!
его теплофизические хки могут быть также неожиданными (не определялись)
коэффициент теплоотдачи в воздух вещь сложная и (вообще говоря) переменная по поверхности. и тд и тп
5) задание контактных элементов позволяет смоделировать его разрушение=раскрытие
6) любой расчет=сумма ошибок разной степени важности.
если отслеживать столь тонкие эффекты, нужно начинать с моделирования самого процесса сварки.
получающие остаточные напряжения и деформации могут быть сопоставимы и даже превосходить появляющиеся при нагреве и собственно нагружении. (Пример=блюмс колонны трансвааля после приварки ребер)
7) моделирование процесса сварки делал в двумерной постновке. Задача вычислительно очень тяжелая. но получилось более-менее правдоподобно (по мнению практиков сварки).

где-то так.

[Serg_1991]

Вообще то мне кажется, что при сварке данных сталей естественно возникают внутренние напряжения. На практике их снимают термообработкой. Из практики же - если шов нормальный то разрушение никогда не идет по шву так как он прочнее чем свариваемые детали.
Поэтому на первоначальном этапе моделирования мне кажется можно обойтись свариваемыми деталями ну а дальше посмотрите.

[Kultura]

СергейД, вы говорите об аквапарке Трансвааль, где крыша обрушилась? - Вроде бы там проектировщик крыши виноват, получается, колонны ее не выдержали?

2) надо задавать диаграмму с нисходящей ветвью, благо Kinh это дозволяет. будет перераспределение и сглаживание нелинейной сходимости

Диаграмму с нисходящей ветвью - это как, они ведь у металлов, наоборот возрастают?
По этим диаграммам мне еще не понятно, почему ansys выдает напряжения, большие чем заданы в диаграмме (во всех расчетах, где модель течет, максимальные напряжения больше предельных по диаграмме). Кроме того, как ansys получает деформации, большие, чем заданы в диаграмме, достраивает ее?

6) любой расчет=сумма ошибок разной степени важности. если отслеживать столь тонкие эффекты, нужно начинать с моделирования самого процесса сварки.

Нет, моделировать процесс сварки не требуется - все таки это больше научная задача. Скорее речь идет о нахождении достаточно универсальной методики расчета сварных соединений на прочность в условиях высоких температур. Кроме того, очень сложно со свойствами материалов, иногда их нет даже для основного металла, не говоря уже о наплавляемом. Ну а места проплавления - вообще темный лес, ими явно надо аккуратно пренебречь, или нет?

Макрос приложил.

Serg_1991,

обойтись свариваемыми деталями

Т.е. не моделировать шов, или брать его со свойствами одного из сплавляемых металлов?
Вообще, после прочтения специальной литературы и беседы со сварщиками, складывается впечатление, что термообработкой устраняют все вопросы. В этом - то и проблема, если посчитанное правильно, как объяснить картинки, где шов течет, когда конструкция стоит. А если он сначала течет, а потом все стоит, значит надо моделировать коробление?

[СергейД]

про трансвааль я вывешивал статью. (+она есть на сайте scadgroup.com)
колонну устанавливали с приваренной законцовкой. разрушение этого элемента (по линии рядом со швом) и привело к обрушению. По мнению комиссии были изначально большие остаточные сварочные деформации
+там сумма причин.
еще слабое место- на середине высоты тонкой колонны (426*9) были вварены законцовки окружного пояса для обслуживания (забыл уже как точно называется)= локальная потеря устойчивости как оболочки
неохота вспоминать...

после локального достижения предела временного во избежание срыва итерационного процесса лучше вводить нисходящий участок.
горизонтальный участок вообще говоря нежелателен.

[Kultura]

СергейД, макрос посмотрите? Иизмените для примера одну из кривых, так, в общих словах, не совсем понятно по нисходящему участку.

Остается вопрос насчет полученных результатов, и насколько им доверять.
Еще не очень понятно, что с полученными напряжениями в шве, какие по ним можно делать выводы, подскажите, кто знает?

[СергейД]

макрос посмотрю завтра.

подберите тест. повторите расчетом.
если получится, можете с определенным доверием относиться к получаемым далее результатам.

[Kultura]

Что касается температурного анализа, распределение температур частично проверено (для цилиндрической стенки). И более подходящий вариант задавать теплообмен даже не через HFLUX, а через CONV.
А вот по прочностному анализу сложно проверять. Я сам учусь по машиностроительной части; сопромат прошли, чего-то хотя бы близко похожего не встретил, может плохо учил?

[Карлсон]

Сообщение от Kultura По этим диаграммам мне еще не понятно, почему ansys выдает напряжения, большие чем заданы в диаграмме (во всех расчетах, где модель течет, максимальные напряжения больше предельных по диаграмме).

На сколько я понимаю, здесь дело в том, что пластика, при достижении напряжений соответствующих пределу пластичности на диаграмме, наступает лишь при одноосном напряженном состоянии. При двухосном и трехосном случаях момент начала пластики получают сложнее.

Если не ошибаюсь в ансисе начало пластичности определяется так называемым критерием Мизеса.

[Kultura]

Карлсон, точно, там уравнение, в которое входят все напряжения, на диаграмме - эллипс. Отдельные напряжения могут быть выше предела текучести. Спасибо, стало понятнее.
Тогда еще вопрос: полученные напряжения и деформации - это окончательная картина, учтено ли здесь перераспределение напряжений в результате пластических деформаций или нет? Если нет, как дополнить расчет?

[Kultura]

СергейД, ну что там с макросом? Может непонятно чего, так хоть отпишитесь?

[СергейД]

Работы добавилось много. сегодня отвечу.

[Kultura]

А реально ли вообще качественно смоделировать протекающие при сварке, термообработке и дальнейшей эксплуатации детали процессы. Вот сварили деталь, и образовались остаточные напряжения. Потом провели термообработку, и напряжения перераспределились. Далее деталь помещается в рабочие условия, и внутренние напряжения в шве снова меняются! - Каким образом все это учесть и получить достоверный результат? Вот первая задача – нахождение остаточных напряжений – решается, и уже по ней люди пишут статьи. А если в комплексе, на диссертацию случайно не тянет?

Склоняюсь к тому, что бы подойти к задаче по - другому и не принимать во внимание температурные напряжения.
Насколько правильный будет результат, если вовсе не задавать коэффициент линейного расширения?
Добавил приложение: рис 1 - коэффициент не задавался; рис 2 - коэффициент выставлен одинаковый для всех материалов (по 12X1MФ). В принципе, так можно делать?

Еще такой вопрос, в литературе пишут, что при расчете на прочность сварных соединений (обычными методами без ansys) разнородных сталей, нужно учитывать внутренние напряжения. При этом методики расчета с учетом этих напряжений не приводится. Подскажите, где найти методику; какие там формулы?

[Kultura]

Добрый день, может, кто подскажет по теплопередаче?

Вопросы такие:
1) Крючок находится под воздействием горячих газов, как правильно
моделировать теплоотдачу, с помощью потока (HFLUX) или коэффициента теплоотдачи и температуры (CONV),
данные имеются, но результаты получаются разные. См. рис;
2) Сам металл крючка находится в «затенении». Затенение для случая HFLUX задается так: полное значение потока деленное на 3.
Будет ли верным применить тот же принцип для случая CONV (коэффициент теплоотдачи делить на 3);
3) Поделитесь мыслями насчет моделирования «зетененных» мест, т.е. таких участков системы, которые труднодоступны для газов;

На рисунках:
1 – HFLUX с затенением металла крючка (q/3);
2 – CONV с затенением металла крючка (hf/3);
3 – CONV без затенения;
4 – HFLUX без затенения;

[GregoryofYardale]

Доброго времени суток Суть вороса в том я что пытаюсь импортировать базу данных модель диска турбины смоделированную в классическом Ansys в Workbench для наложения сетки, не получается... Пожалуйста подскажите реально ли это осуществить и как?
С уважением Антон