VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2014

В настоящее время сварные конструкции нашли широкое применение в судостроении и в других отраслях промышленности и строительства. Поэтому рациональное расходование металла и максимальное повышение производительности труда при их изготовлении приобретают исключительно большое народно-хозяйственное значение. Современное состояние сварочной техники открывает неограниченные возможности повышения качества сварных конструкций и снижения затрат труда, времени и средств при их производстве. Однако для рационального использования этих возможностей при проектировании технологических процессов изготовления сварных конструкций необходимы не только качественные, но и количественные зависимости, устанавливающие степень влияния ряда конструктивных и технологических факторов на основные показатели качества сварных конструкций: работоспособность, точность и технологичность [1].

Анализ известных из литературы отечественных и зарубежных программных продуктов показывает, что к настоящему времени на рынке программного обеспечения в области сварки сложились вполне определенные тенденции.

Большой сегмент рынка занимают коммерческие программные продукты, ориентированные на массового потребителя (инженера, специалиста по сварке) и позволяющие решать частные прикладные задачи – расчет параметров сварочного термического цикла (СТЦ), определение расхода сварочных материалов, прогноз ожидаемых механических свойств металла шва и зоны термического влияния (ЗТВ), прогноз размеров сварного шва и т.п. Как правило, такие продукты имеют простой интерфейс, не требуют больших аппаратных ресурсов, т.к. основаны на простых аналитических зависимостях и эмпирических моделях, и имеют невысокую стоимость.

Ко второй группе можно отнести программные продукты, ориентированные на высококвалифицированных пользователей (научные сотрудники) и позволяющие выполнять численное моделирование процессов тепло- и массопереноса, протекание металлургических реакций, анализ электрических полей, деформацию конструкции и развитие в ней напряжений под воздействием нагрузок и т.п. Как правило, анализ производится на базе фундаментальных физических законов путем решения системы дифференциальных уравнений с использованием конечно-элементной модели объекта.

По другой классификации условно, создаваемые компьютерные программы можно разделить на две группы:

- универсальные (ANSYS, MARC, SPOTSIM), такие системы используются исследователями для моделирования сварочных процессов, однако именно в силу своей универсальности требуют дополнительных усилий и квалификации пользователя для учета специфики сварочных задач

- специализированные системы моделирования (SYSWELD, СВАРКА), данные системы позволяют проводить комплексный анализ процессов, протекающих в изделии при сварке. Трудоемкость создания таких систем исчисляется сотнями человеко-лет, что определяет их весьма высокую стоимость.

Рассмотрим более подробно программные продукты, относящиеся к разным группам согласно второй классификации.

Система комплексного нелинейного анализа конструкций MARC Система обеспечивает комплексный нелинейный анализ конструкций, решение сложных задач термопрочности, моделирование технологических процессов. Она эффективно применяется для анализа высоко нелинейного поведения. Система MARC позволяет решать задачи в условиях больших линейных и угловых перемещений конструкции; когда материалы имеют нелинейные свойства, присутствует сложное контактное взаимодействие частей конструкции. В системе MARC возможно применять пользовательские подпрограммы, предусматривается возможность параллельной обработки данных [2].

Компьютерная программаANSYS – универсальная программная система конечно-элементного анализа, является довольно популярной у специалистов в сфере автоматических инженерных расчётов и решения линейных и нелинейных, стационарных и нестационарных пространственных задач механики деформируемого твёрдого тела и механики конструкций, задач механики жидкости и газа, теплопередачи и теплообмена, электродинамики, акустики, а также механики связанных полей. Система работает на основе геометрического ядра [3].

Компьютерная программаSPOTSIM – состоит из компьютерной модели контактной точечной сварки, модуля оптимизации процесса и банков данных о теплофизических и механических свойствах сталей, технических характеристиках сварочных машин, а также о форме электродов.

Модель процесса выполняет численное решение системы нелинейных дифференциальных уравнений электрического потенциала и теплопроводности, а также уравнений, описывающих пластическое течение металла и изменение сварочного тока в процессе сварки. Рассчитываются распределения электрического потенциала и плотности тока, температур, пластические деформации и площади контактов для каждого момента времени. В качестве исходных данных выступают теплофизические характеристики сталей. Также учитываются электрические характеристики сварочной машины, в том числе фазовый угол включения тиристоров.

SPOTSIM позволяет решать практические задачи проектирования и оптимизации технологии точечной сварки, в частности: нахождение области допустимых параметров сварки, оценка стабильности сварки, выбор оптимальных параметров процесса и т.д.

Рассмотрев наиболее широко используемые универсальные компьютерные программы и приложения используемые для процесса моделирования процессов сварки, рассмотрим специализированные [4].

Компьютерная программа SYSWELD – позволяет проводить моделирование вручную, по предложенному программой шаблону или автоматически. Результаты могут быть представлены в виде графиков, диаграмм, числовых значений. Программа позволяет:

• оценить остаточную деформацию;

• минимизировать остаточные напряжения;

• учесть влияние геометрии, материала;

• оптимизировать процесс сварки;

• оценить металлургические превращения;

• анализировать влияние активного источника тепла (при лазерной сварке).

SYSWELD рассчитывает такие показатели как скорость сварки, погонную энергию, а также параметры активного источника тепла и присадочного материала: марка, диаметр, скорость подачи [1].

Программа «СВАРКА МНОГОПРОХОДНОГО КОЛЬЦЕВОГО ШВА» – позволяет прогнозировать остаточные напряжения и деформации в зоне стыкового сварного шва толстостенной трубы или оболочки при многопроходной сварке (несимметричный случай) с учетом фазовых превращений, различных параметров разделки кромок, режимов сварки и условий закрепления [5].

Созданная специализированная программа ориентирована на инженерное применение и не требует от пользователя специальной подготовки в области расчетных методов.

Вывод.

Использование современных компьютерных технологий для комплексной автоматизации всех аспектов сварки, включая моделирование протекающих в металле процессов, позволит быстро находить оптимальные технологические решения при значительном снижении ресурсоемкости, также значительно расширять возможности вычислительного эксперимента что, в частности, даст возможность из множества вариантов технологии наиболее подходящую или прогнозировать результат сварки разнородных металлов.

Список литературы.

1. Георгий БиленкоМоделирование процессов сварки при помощи продуктов ESI Group (SYSWELD, PAM-ASSEMBLY) // САПР и графика. – 2010. – №7. – С. 1-3.

2. http://www.mscsoftware.com.

3. Басов В.А. ANSYS Справочник пользователя. – М.: ДМК Пресс, 2005. – 640с., ил.

4. http://www.nickd.nl/res/pdf/nickdijkshoorn_bsc_thesis.pdf.

5. http://paton.kiev.ua/en/pewi-developments/technologies/5038-pokrytija/868-programma-mnogoprohod.

Код для цитирования: Скопировать