IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

Создание и проектирование элементов системы расчета манипуляторов

Введение

1. Понятие сварки

2. Контактная сварка

3. Вид сварки используемый для анализа и разработки элементов перпендикулярно пересекающихся труб трубопровода

4. Анализ и проектирование сечения трубопровода

5. Заключение

Список использованной литературы

Введение

Развитие сварочной технологии позволяет производить её практически везде, на промышленных предприятиях, в монтажных условиях, в полевых условиях, в открытом море, в поле, в степи и даже под водой, не исключением является и сварка в открытом космосе.

Сварочный процесс является опасным, так как появляется опасность возгорания, опасность отравления вредоносными газами, опасность поражения электрическим током, опасность поражения глаз ультрафиолетовым, тепловым, инфокрасным излучением, либо же опасность попадания в глаза или же на тело брызг раскалённого металла. Поэтому применение автоматизированных систем является актуальным, причем это касается и процессов подготовки деталей к сварке и в целом зависит от уровня проектирования конструкций. Таким образом необходим анализ и разрабока сеченияи свариваемых узлов и в том числе толстостенных трубопроводов на основе 3 Д технологии, что например может выполняться на основе Ansys - технологий . Причем проектирование должно проводится на общих принципах, основанных на возможности перехода на различные программные пакеты. Наиболее интересны примеры на основе сваривания трубопроводов и потому буде рассмотрено сложное сечение двух труб (не зависимо от диаметра), а также выполнен анализ оборудования для сварки таких труб, рассмотрены возможности контактной сварки

1. Понятие сварки

О том что такое сварка, можно говорить долго, так как сварка необъятна, начиная от разновидности электродов и заканчивая разнообразностью сварочных процессов.

Сваркой называется процесс, в котором образуется неразъёмное соединение благодаря установлению (соединению) межатомных связей свариваемых частей при их общем или же местном нагреве.

Сварным соединением называется неразъёмное соединение, которое было выполнено с помощью сварки.

Сварка — это чаще всего соединение металлов, но сварку так же применяют в соединении керамики, пластмасс или же их сочетания.

Процессом сварки называется определённый комплекс нескольких, протекающих одновременно процессов, к которым относятся:

• Плавление

• Воздействие на металл тепловым образом, непосредственно в околошовных участках

• Металлургический процесс

• Кристаллизация металла шва, обратная кристаллизация свариваемого металла в зоне сплавления

Эти процессы являются основными, отношение к ним металлов принято называть свариваемостью.

Что касается источников энергии, которые используются при сварке, то их на самом деле достаточно много.

Источники энергии для сварки:

• Электрическая дуга

• Газовое пламя

• Электрический ток

• Электронный луч

• Лазерное излучение

• Ультразвук

• Трение

Рисунок – 1 Виды сварных соединений

Современное развитие промышленных технологий позволяет осуществлять сварочный процесс практически везде, на промышленных предприятиях, в монтажных условиях, в полевых условиях, в открытом море, в поле, в степи и даже под водой, не исключением является и сварка в открытом космосе.

О том что такое сварка можно говорить долго, сварочный процесс поистине уникален, сварка является необходимостью, без которой наше общество было бы лишено очень многих прекрасных вещей, и всё мировое развитие находилось бы далеко позади, в сравнении с сегодняшними технологиями.

Стоит отметить, что сварка, вернее сварочный процесс является так же и достаточно опасным процессом, так как при сварке появляется опасность возгорания, опасность отравления вредоносными газами, опасность поражения электрическим током, опасность поражения глаз ультрафиолетовым, тепловым, инфокрасным излучением, либо же опасность попадания в глаза или же на тело брызг раскалённого металла.[6]

2. Контактная сварка

Контактная электрическая сварка — это процесс получения неразъемного соединения в результате нагрева металлических деталей протекающим по ним электрическим током, который предусматривает сжатие деталей с последующим расплавлением зоны сварки и охлаждением.

Рисунок – 2 Виды контактной сварки: а — стыковая; б — точечная; в — шовная; 1 — электроды; 2 — детали; 3 — место сварки; Fсж — сила сжатия; R — сопротивление электродов; R — сопротивление деталей; RK — сопротивление контакта; Т — сварочный трансформатор.

Установки для контактной сварки имеют две основные части: электрическую и механическую. Электрическая часть состоит из сварочного трансформатора специальной конструкции, токопроводящих частей и устройств для коммутации сварочного тока. Механическая часть установки является устройством для импульсного сжатия деталей во время прохождения импульса электрического тока.

Этот вид соединения деталей объединяет несколько способов сварки, для которых характерны надежность сварных соединений, высокий уровень автоматизации и механизации, высокая производительность процесса, культура производства и экологичность.

Различают три вида контактной сварки: стыковую, точечную и шовную. Необходимая для сварки энергия при малых значениях сопротивления в точке контакта свариваемых деталей может быть получена только при больших значениях токов (сотни и тысячи ампер), протекающих через сопротивление контакта Rк в течение малого времени (единицы секунд). Для повышения КПД контактной сварки необходимо, чтобы при размещении сварочных установок источники питания были максимально приближены к месту сварки. Напряжение на электродах сварочных машин колеблется от 1 до 16 В.

Соединение металла происходит в месте контакта свариваемых деталей по плоскости их соприкосновения. В данном месте сопротивление будет наибольшим. Поверхность металла не является идеально гладкой, поэтому свариваемые детали при их сжатии соприкасаются лишь в отдельных точках, через которые проходит электрический ток. Ввиду того что площадь точек очень мала, в них возникает большое сопротивление прохождению тока, что обеспечивает сильный местный нагрев металла. Повышение температуры в месте сварки вызывает рост сопротивления, что ускоряет выделение теплоты и нагрев металла до температуры сваривания. При нагреве металлических деталей до пластического состояния и их сжатии происходит сваривание. Остывание металла в точке сварки после отключения тока происходит быстро, за счет теплопроводности свариваемых деталей и их большой площади.

Стыковая сварка - способ контактной сварки, при котором детали соединяются по всей площади их касания. Различают два способа стыковой сварки - сопротивлением и оплавлением.

При сварке сопротивлением свариваемые детали укрепляют в токоподводах и сжимают с усилием. При пропускании по ним тока происходит нагрев деталей в стыке до температуры, близкой к температуре плавления металла - (0,8-0,9)Тпл. Затем резко увеличивают усилие сжатия (осадка деталей), в результате чего в твердой фазе образуется сварное соединение.

Сварку оплавлением подразделяют тоже на два способа: на сварку непрерывным оплавлением и оплавлением с подогревом.

В процессе сварки непрерывным оплавлением детали сближаются при включенном сварочном трансформаторе, и при сжатии возникает их контакт. Стык при этом разогревается за счет протекания тока. Затем силу сжатия уменьшают, вследствие чего увеличивается контактное сопротивление и снижается сварочный ток. При снижении давления сплошность соприкосновения деталей заменяется соприкосновением в отдельных точках. Эффективность нагрева в этих точках повышается, и выступающие участки оплавляются.

Оплавление торцов свариваемых деталей продолжается до образования прослойки жидкого металла. После этого возникает сплошное металлическое соединение свариваемого стыка за счет приложения небольшого усилия осадки. Лишний расплавленный металл, называемый гратом, выдавливается из зазора между свариваемыми деталями.

При сварке оплавлением с подогревом детали предварительно подогреваются методом кратковременных замыканий их торцов, а затем оплавляются. Сварка с оплавлением стыка деталей по сравнению со сваркой без оплавления имеет ряд преимуществ: более прочный шов, не требующий большой механической обработки; меньшая мощность сварочной установки; меньший удельный расход электроэнергии; возможность сваривания разнородных металлов.

При точечной сварке соединяемые детали помещают между двумя электродами, закрепленными в электрододержателях

Рисунок – 3 Принципиальные схемы основных способов точечной сварки: а—в - одноточечная двусторонняя сварка; г - сварка с косвенным токопод- водом; д, е - дополнительные приемы сварки; ж - односторонняя многоточечная сварка; з - одновременная сварка двух точек при двустороннем токо- подводе от спаренного трансформатора; Р - усилие сжатия; Рк - косвенное (дополнительное) усилие сжатия

. При помощи нажимного механизма электроды плотно сжимают свариваемые детали. После чего на электроды подается напряжение, и проходящий через детали ток нагревает место сварки до температуры плавления. При достаточном сжатии в месте сварки образуется неразъемное сварное соединение. Диаметр сварной точки равен диаметру медных электродов. В центре сварочной точки температура немного выше температуры плавления свариваемого металла.

Время, достаточное для сварки одной точки, определяется толщиной свариваемых деталей, физическими свойствами свариваемого материала, мощностью сварочного устройства и степенью сжатия деталей. Оно колеблется от тысячных долей секунды (при сварке тонких листов цветных металлов) до нескольких секунд (толстые стальные детали).

Шовная сварка - способ контактной сварки, при котором детали соединяются с помощью вращающихся роликов за счет пропускания через место сварки электрического тока. Установки шовной сварки отличаются от стационарных точечных сварочных машин типом электродов (ролики с механическим приводом). Машины для шовной сварки имеют два токопроводящих ролика, из которых один ведущий, а другой вращается за счет трения при передвижении свариваемых листов. По принципу действия шовная сварка подобна точечной сварке обычного типа.

Процесс шовной сварки может иметь следующие режимы:

• непрерывное движение роликов с непрерывной подачей тока;

• непрерывное движение роликов при прерывистой подаче тока;

• прерывистое движение роликов с прерывистой подачей тока.

Первый режим применяется при сварке листов общей толщиной

до 1,5 мм. При большей толщине сваренные листы могут расслоиться. Более того, при непрерывной подаче тока может происходить значительное коробление свариваемых листов. Наиболее распространен второй режим: швы получаются с малым короблением листов и наименьшим расходом электроэнергии.

 

Рисунок – 4 Схема шовной сварки: 1 - сварочный трансформатор; 2 - контактные ролики; 3 — прижимное устройство; 4 — свариваемые детали

3. Вид сварки используемый для анализа и разработки элементов перпендикулярно пересекающегося трубопровода

Для соединение пересекающегося трубопровода мы использовали шовноую контактную сарку.контактной шовной сварки, то он обычно происходит с помощью специальных станков, которые предназначаются именно для шовной сварки.

Сварочный станок для шовной контактной сварки, имеет два дисковых ролика, которые вращаются, при этом достаточно плотно сжимают свариваемое изделие, прокатывают его и затем сваривают детали которые необходимо между собой соединить.

Стоит отметить, что толщина листов, которые подвергаются шовной сварке на этих станках, может составлять от 0,2 до 3 мм.

Применяется шовная контактная сварка довольно часто, потому что соединения которые получаются с помощью этого метода сварки являются очень герметичными и надёжными.

В основном шовную контактную сварку используют для изготовления разных размеров и диаметров ёмкостей, так как требования к таким изделия предъявляются достаточно строгие и сварочные швы должны быть очень герметичные, что собственно и позволяет сделать шовная сварка.[4]

4. Анализ и проектирование пересекающегося трубопровода

/NOPR ! Көлемді есепке шығу

/PMETH,OFF,0

KEYW,PR_SET,1

KEYW,PR_STRUC,1

KEYW,PR_THERM,0

KEYW,PR_FLUID,0

KEYW,PR_ELMAG,0

KEYW,MAGNOD,0

KEYW,MAGEDG,0

KEYW,MAGHFE,0

KEYW,MAGELC,0

KEYW,PR_MULTI,0

KEYW,PR_CFD,0

/GO

/prep7 !препроцессорға шығу

/UNITS,SI!Си жүйеге кіру

ET,1,SOLID92 ! Соңғы элементті таңдау

MPTEMP,,,,,,,,

MPTEMP,1,0 !температураны ескермеу

!болат

MPDATA,EX,1,,3e11 !серпімділік модулі

MPDATA,PRXY,1,,0.3! Пуассон коэф.

MPDATA,DENS,1,,3000 !Тығыздығы

!данекерлеу материалдар

MPDATA,EX,2,,4e11 !серпімділік модулі

MPDATA,PRXY,2,,0.3! Пуассон коэф.

MPDATA,DENS,2,,7500 !Тығыздығы

Cyl4,0,0,0.5,0,0.35,360,3! Xc,yc,r1,u1,r2,u2,L

Создаем цилиндр кпри помлщи команды Cyl4

K,101,0,0,2.9, ! создаем точки для построения вертикальной трубы

K,102,-0.5,0,2.4,

K,103,0,0,1.9,

K,104,0.5,0,2.4,

K,105,0,0,2.4,

Создали точки для построения вертикальной трубы при помощи команды K

Larc,101,102,105,0.5! исходя из точек строем соеденяющие их между собой дуги

Larc,102,103,105,0.5

Larc,103,104,105,0.5

Larc,104,101,105,0.5

A,101,102,103,104 ! сделали из круга из дуг круглую площадь

Построили несколько дуг и создали там площадь

FLST,2,1,5,ORDE,1! Создание вертикальной балки выдавливанием, для этого выделяем облость которую нужно выдавить при помощи меню и потом вытаскиваем саму команду из блокнота

FITEM,2,7

VEXT,P51X, , ,0,4,0,,,,

Выделение области которую надо выдавить

Задаем параметры выдавлевания

И в итоге получаем выдавленную балку

K,201,0,0,2.75, ! задаем точки для построения внутренней балки

K,202,-0.35,0,2.4,

K,203,0,0,2.05,

K,204,0.35,0,2.4,

K,205,0,0,2.4,

Получаем точки для создания внутренней балки

Larc,201,202,205,0.35! исходя из точек строем соеденяющие их между собой дуги

Larc,202,203,205,0.35

Larc,203,204,205,0.35

Larc,204,201,205,0.35

Построили несколько дуг

A,201,202,203,204 ! сделали из круга из дуг круглую площадь

Создали площадь из этих созданных ранее дуг

FLST,2,1,5,ORDE,1! ! Создание вертикальной внутренней балки выдавливанием, для этого выделяем облость которую нужно выдавить при помощи меню и потом вытаскиваем саму команду из блокнота

FITEM,2,13

VEXT,P51X, , ,0,4,0,,,,

Для этого сначала выделяем выдавливаемую облость

Задаем параметры выдавливания

И получаем еще одну внутреннюю балку

VSBV, 2, 3 !Вычесть внутреннюю балку из внешней что получить вертикальный цилиндр

Выполняем это при помощи меню

И получаем вертикальный цилинд

VSBV, 1, 4 !вычтем из горизонтального цилиндра вертикальный

Вычли из горизонтального цилиндра вертикальный

VDELE, 2, , ,1 ! удалим остатки, это делается с помошью меню, а потом команду вытаскивем из блокнота

Результат удаления остатков

Cyl4,0,0,0.5,0,0.35,360,3! Xc,yc,r1,u1,r2,u2,L ! бұрын салынған горизонтал цилиндрға жоғарыдан екінші горизонтал цилиндрді орнату

Создали цилиндр поверх другого

K,101,0,0,2.9, ! Для создания вертикальной балки второй раз создаем точки

K,102,-0.5,0,2.4, ! доғаны қуру

K,103,0,0,1.9,

K,104,0.5,0,2.4,

K,105,0,0,2.4,

Создали точки

Larc,101,102,105,0.5! исходя из точек строем соеденяющие их между собой дуги

Larc,102,103,105,0.5

Larc,103,104,105,0.5

Larc,104,101,105,0.5

A,101,102,103,104 ! ! сделали из круга из дуг круглую площадь

Создали площадь из этих созданных ранее дуг

FLST,2,1,5,ORDE,1! Создание вертикальной балки выдавливанием второй раз

FITEM,2,9

VEXT,P51X, , ,0,4,0,,,,

K,201,0,0,2.75, ! задаем точки для построения внутренней балки

K,202,-0.35,0,2.4,

K,203,0,0,2.05,

K,204,0.35,0,2.4,

K,205,0,0,2.4,

Larc,201,202,205,0.35 ! из точек фотмируем дуги

Larc,202,203,205,0.35

Larc,203,204,205,0.35

Larc,204,201,205,0.35

A,201,202,203,204 ! создаем из этих дуг площадь

FLST,2,1,5,ORDE,1! Вычтем внутреннюю балку от внешней для получения вертикального цилиндра

FITEM,2,15

VEXT,P51X, , ,0,4,0,,,,

VSBV, 2, 4 ! вычтем вертикальную внутреннюю балку из вертикальной внешней балки

VSBV, 5, 1 ! Вычтем второй горизонтальный цилинд из вертикального внешнего цилиндра

VDELE, 2, , ,1! Удалить первый вертикальный остаток

VDELE, 4, , ,1! Удалить второй вертикальный остаток

Vglue,all ! вертикал қубырды горизонтал қубырмен қіма ауданымен біріктіріп түйіспелі дәнекерлеу

Cylind, 0.5,0,3,3.1,0,360!

Vglue,all

Закрепляем с одной стороны

Lesize,3,0.05

Lesize,4,0.05

Lesize,1,0.05

Lesize,2,0.05

Lesize,6,0.05

Lesize,5,0.05

Lesize,8,0.05

Lesize,7,0.05

Lesize,115,0.05

Lesize,117,0.05

Lesize,119,0.05

Lesize,120,0.05

Lesize,74,0.05

Lesize,72,0.05

Lesize,68,0.05

Lesize,62,0.05

Lesize,73,0.05

Lesize,61,0.05

Lesize,64,0.05

Lesize,71,0.05

Lesize,48,0.05

Lesize,46,0.05

Lesize,20,0.05

Lesize,19,0.05

Lesize,22,0.05

Lesize,21,0.05

Lesize,13,0.05

Lesize,14,0.05

Lesize,15,0.05

Lesize,16,0.05

Vmesh, all ! построение сеткиFINISH

/SOL

EQSLV,PCG,1E-8 ! задание максимальной точности задаче

FLST,2,1,5,ORDE,1

FITEM,2,1

!*

/GO

DA,P51X,ALL, ! закрепление горизонтального цилиндра с правой стороны

Расчитываем деформацию

FLST,2,1,5,ORDE,1

FITEM,2,22

/GO

!*

SFA,P51X,1,PRES,4000000 ! задаем давления с верху на вертикальный цилиндр в 4000000 па

Сравниваем максимальное натяжение с предельным для чего строим общую картину напряжений и гравик в зоне сварного шва

.

Схема решения: защемление и давление на труб

Сетка в сечении

Напряжения в зоне сварного шва Ϭх и Ϭу

Заключение

Проанализировала и разработала элементы сечения и сварки толстостенных трубопроводов на основе 3 Д технологии в Ansys .

Построено сложное сечение двух труб (не зависимо от диаметра), а также выполнен анализ оборудования для сварки таких труб, рассмотрены возможности и соответствие к таким условиям контактной сварки

Работа будет полезна для оптимизации зоны пересечения трубопровоодов с целью получения максимально прочного и герметичного сварного шва

При этом намечены исследования распределения температур у сложного шва при большой толщине стенки трубопровода для того чтобы оценить возможности проектирования более совершенного сварочного оборудования

Список использованной литературы

1. Басов К.А. ANSYS в примерах и задачах / Под общей редакцией Д.Г. Красковского. – М.: КомпьютерПресс, 2002. – 224 с.

2. Системы автоматизированного проектирования: Учеб.пособие для вузов: В 9 кн. / Под ред. И.П. Норенкова. –М.: Высш.шк., 1986.

3. А.Б. Каплун, Е.М. Морозов, М.А. Олферьева «ANSYS в руках инженера, практическое руводство»,-М.2003

4. КочергинК.А.Контактная сварка, –М.: Высш.шк., 1986. – 319 с.

5.Пивень Г.Г., Климов Ю.И. Имитационное моделирование гидромеханических систем (математические модели): учеб.пособие / КарГТУ. – Караганда, 2004. – 106 с.

6. Фролов. В.В., Винокуров В.А., Волченко В.Н. и др.,Теоретические основы сварки/Фролова Под ред. В.В., Норенков И.П., Маничев В.Б. – М.: Высш.шк., 1970. –335 с.

7. Бейсембаев К.М., Шащянова М.Б. Основы системного анализа в базах данных. Караганды, Болашак-Баспа, 2008, 208 с.

8. Бейсембаев К.М., Жетесов С.С. Практические аспекты разработки промышленных информационных систем. Караганда 2009, изд-во КарГТУ, 207 с.

9. Бейсембаев К.М., Жетесов С.С., Демин В.С., Малыбаев Н.С., Шманов М.Н. Практические и исследовательские аспекты авто проектирование горных машин в 3d. Караганда 2012, изд-во КарГТУ.

10. Бейсембаев К.М., Жетесов С.С., Шманов М.Н. Геомеханические основы разработки угля в нестационарных системах. Караганда 2009, изд-во КарГТУ, 207 с.

11. Конюхов А.В. Основы анализа конструкций в ANSYS / Казанский государственный университет, Казань 2001, Электронные материалы

12. Кудинов В.А., Карташов Э.М. Гидравлика / Москва, «Высшая школа», 2007, 199с.

Код для цитирования: Скопировать