izvestswsuИзвестия Юго-Западного государственного университетаProceedings of the Southwest State University2223-15602686-6757ЮЗГУ10.21869/2223-1560-2019-23-4-19-30izvestswsu-574Research ArticleМашиностроение и машиноведениеMechanical engineering and machine scienceИсследование распределения напряжений, возникающих при нагружении, в сварных соединениях методом конечных элементовThe Study of Stress Pattern Arising During Loading in Welded Joints by the Finite Elements MethodКотельниковА. А.KotelnikovA. A.

Котельников АнатолийАлександрович, кандидат технических наук, доцент кафедры машиностроительных технологий и оборудования

 

kotelnikov1939@yandex.ruНатаровА. С.NatarovA. S.

Натаров Артём Сергеевич, студент

ул. 50 лет Октября, 94, г. Курск, 305040

nart_11@mail.ruФГБОУ ВО «Юго-Западный государственный университет»Southwest State University2019221020192341930Copyright © Котельников А.А., Натаров А.С., 20192019Котельников А.А., Натаров А.С.Kotelnikov A.A., Natarov A.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://izvestswsu.elpub.ru/jour/article/view/574Цель исследования

Цель исследования.  Экстремальные условия работы элементов современных конструкций, сложность их формы и большие габариты делают исключительно трудным и дорогим осуществление натурного или полунатурного эксперимента, особенно, если речь идет об установлении предельных (разрушающих) нагрузок, поэтому при прочностных расчетах необходимо прибегать к численным методам, к которым относится и метод конечных элементов. Метод конечных элементов не ограничен ни формой конструкции, ни способом приложения нагрузки.Наиболее ответственной частью конструкции являются сварные соединения. Нередки случаи, когда разрушение конструкции происходило в области сварки. В связи этим данная работа посвящена исследованию напряжений, возникающих при нагружении, в сварных соединениях пневматического баллона.

Методы

Методы. В данной статье используется расчет методом конечных элементов сварных соединений пневматического баллона в программном комплексе APMFEM.

Результаты

Результаты. Приведенные в статье результаты исследования показывают, что распределение напряжений в сварных соединениях отличается в различных разрезах и расположении в конструкции.

Заключение

Заключение. Применение метода конечных элементов позволяет оценить распределение напряжений в сварном соединении в конкретном сечении, таким образом, позволяя подобрать необходимое конструк-тивное исполнение и рационально расположить сварное соединение.

Perpose of research

Perpose of research.The extreme working conditions of the elements of modern designs, the complexity of their shape and large dimensions make it extremely difficult and expensive to carry out a full-scale or semi-natural experiment, especially when it comes to establishing ultimate (breaking) loads, therefore, in strength calculations, it is necessary to resort to numerical methods, which include the finite elements method. The finite elements method is not limited by either the form of the structure or the method of applying the load. The most critical part of the design is welded joints. There are frequent cases when the structural failure occurred in the field of welding. In this regard, this work is devoted to the stress analysis arising during loading in welded joints of pneumatic cylinder.

Methods

Methods.This article uses finite elements analysis of welded joints of a pneumatic cylinder in the APM FEM software package.

Results

Results. The research results presented in the article show that the stress pattern in welded joints differs in different sections and arrangement in the structure.

Conclusion

Conclusion.The use of the finite elements method allows us to evaluate the stress pattern in a welded joint in a particular section and to select the necessary design and rationally position the welded joint.

сварное соединениеметод конечных элементовпрограммный комплексраспределение напряженийразрезwelded jointfinite elements methodsoftware packagestress patternsectionReferencesКаплун А.Б.,Морозов Е. М, Олферьева М. А. ANSYS в руках инженера: практическое руководство. М.: Едиориал, 2003. 272 с.Kaplun A.B., Morozov E. M., Olfer'eva M. A. ANSYS v rukakh inzhenera: prakti-cheskoe rukovodstvo [ANSYS in the hands of an engineer: a practical guide]. Moscow, EdionalPubl., 2003, 272 p.(In Russ.).Проектирование сварных конструкций в машиностроении / под ред. С. А. Куркина. М.: Машиностроение, 1975. 376с.Ed. by Kurkin S. A. Proektirovanie svarnykh konstruktsii v mashinostroenii [Design of welded structures in mechanical engineering]. Moscow, Mashinostroenie, 1975, 376p.(In Russ.).Алпеева Т. В.,Емельянов В. М., Котельников А. А. Роботизированная сварка многосортаментных трубчатых элементов: монография. Курск, 2011. 128 с.Alpeeva T. V., Emelyanov V. M., Kotelnikov A. A. Robotizirovannaya svarka mnogosortamentnykh trubchatykh elementov [Robotic welding of multi-sorted tubular elements]. Kursk, 2011, 128 p.(In Russ.).Котельников А. А., Абышев К. И., Алпеева Е. В. Применение метода конечных элементов в расчётах сварных конструкций: монография. Курск, 2014, 125 с.Kotelnikov A. A., Abyshev K. I., Alpeeva E. V. Primenenie metoda konechnykh elementov v raschetakh svarnykh konstruktsii [Application of the finite element method in the calculations of welded structures]. Kursk, 2014, 125 p.(In Russ.).Родионова И. Н., Алпеева Е. В., Котельников А. А. Применение функциональ-но-стоимостного анализа для определения эффективности программ для расчёта сварных конструкций методом конечных элементов// Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Экономика. Социология. Менеджмент. 2013. №4. С. 111-113.Rodionova I. N., Alpeeva E. V., Kotelnikov A. A. Primenenie funktsional'-no-stoimostnogo analiza dlya opredeleniya effektivnosti programm dlya rascheta svarnykh konstruktsii metodom konechnykh elementov [The use of functional-cost analysis to determine the effectiveness of programs for the calculation of welded structures by the finite element method]. Izvestiya Yugo-Zapadnogo gosudarstvennogo universiteta». Seriya: Ekonomika. Sotsiologiya. Menedzhment =Proceedings of the Southwest State University.Series:Economy. Sociology. Management, 2013, no. 4,pp. 111-113 (In Russ.).Евсигнеева Н. А., Котельников А. А. Применение метода конечных элементов при расчёте сварной конструкции// Сварочное производство. 2018. №3. С. 45-48.Evsigneeva N. A., Kotelnikov A. A. Primenenie metoda konechnykh elementov pri raschete svarnoi konstruktsii [Application of the finite element method in the calculation of the welded structure]. Svarochnoe proizvodstvo = Welding production Publ., 2018, no.3,pp. 45-48 (In Russ.).Абышев К. И., Котельников А. А. Применение метода конечных элементов при расчёте сварной конструкции // Сварочное производство. 2016. №2. С. 3-6.Abyshev K. I., Kotelnikov A. A. Primenenie metoda konechnykh elementov pri raschete svarnoi konstruktsii [Application of the finite element method in the calculation of welded structures]. Svarochnoe proizvodstvo = Welding production Publ., 2016, no. 2,pp. 3-5(In Russ.).Замрий А.А. Проектирование и расчет методом конечных элементов трёхмерных конструкций в среде APMStructure 3D. М.,2006. 288 с.Zamriy A.A. Proektirovanie i raschet metodom konechnykh elementov trekhmernykh konstruktsii v srede APM Structure 3D [Design and finite element analysis of three-dimensional structures in the APM Structure 3D environment]. Moscow, 2006, 288 p. (In Russ.).Системы автоматизированного проектирования в сварке. Методические указания к выполнению практических работ/сост. М. А. Иванов. Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2010. 145 с.(Eds.) Ivanov M.A.Sistemy avtomatizirovannogo proektirovaniya v svarke. Metodicheskie ukazaniya k vypolneniyu prakticheskikh rabot [Computer-aided design systems in welding]. Chelyabinsk,Publishing Center of SUSU, 2010, 145 p.(In Russ.).Бокарев Д. И. Основы систем автоматизированного проектирования в сварке. Воронеж, 2006. 264 с.Bokarev D. I. Osnovy sistem avtomatizirovannogo proektirovaniya v svarke [Fundamentals of computer-aided design in welding]. Voronezh, 2006, 264 p.(In Russ.).Программное обеспечение машинной графики/А. А. Котельников, А. Ю. Головенков, А. С. Натаров, В. Ю. Рюмшин. Курск, 2019. 232 с.Kotelnikov A. A., Golovenkov A. Yu., Natarov A. S., Ryumshin V. Yu. Programmnoe obespechenie mashinnoi grafiki [Software machine graphics]. Kursk, 2019, 232 p. (In Russ.).Котельников А. А., Абышев К. И., Алпеева Е. В. Компьютерное моделирова-ние в сварочном производстве // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия:Техника и технологии. 2012. №2, ч.1.С. 134-138.Kotelnikov A. A., Abyshev K. I., Alpeeva E. V. Komp'yuternoe modelirova-nie v svarochnom proizvodstve [Computer modeling in the welding industry]. Izvestiya Yugo-Zapadnogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Tekhnika i tekhnologii = Proceedings of the Southwest State University.Series: Engineering and Technologies, 2012, no. 2, part 1, pp. 134-138(In Russ.).Котельников А. А., Абышев К. И., Алпеева Е. В. Анализ кинематики сборочно-сварочных установок // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия:Техника и технологии. 2012. №2, ч. 3. С. 116-120.Kotelnikov A. A., Abyshev K. I., Alpeeva E. V. Analiz kinematiki sborochno-svarochnykh ustanovok [Analysis of the kinematics of assembly-welding plants]. Izvestiya Yugo-Zapadnogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Tekhnika i tekhnologii = Proceedings of the Southwest State University.Series: Engineering and Technologies, 2012. no. 2, part 3, pp. 116-120(In Russ.).Котельников А. А., Абышев К. И., Алпеева Е. В. Расчёт на прочность сварных конструкций методом конечных элементов // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2013. №2.C. 36-40.Kotelnikov A. A., Abyshev K. I., Alpeeva E. V. Raschet na prochnost' svarnykh konstruktsii metodom konechnykh elementov [Calculation of the strength of welded structures by the finite element method]. Izvestiya Yugo-Zapadnogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Tekhnika i tekhnologii = Proceedings of the Southwest State University.Series: Engineering and Technologies, 2013, no.2, pp. 36-40(In Russ.).Котельников А. А., Алпеева Е. В. Применение метода конечных элементов при расчёте сварной двутавровой балки // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия:Техника и технологии. 2014. №1. С. 14-16.Kotelnikov A. A., Alpeeva E. V. Primenenie metoda konechnykh elementov pri raschete svarnoi dvutavrovoi balk[The use of the finite element method in the calculation of a welded I-beam]. Izvestiya Yugo-Zapadnogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Tekhnika i tekhnologii = Proceedings of the Southwest State University.Series: Engineering and Technologies, 2014, no.1, pp. 14-16 (In Russ.).Котельников А. А., Алпеева Е. В. Применение метода конечных элементов при выборе материала сварных конструкций // Сварочное производство. 2015. №2. С. 3-5.Kotelnikov A. A., Alpeeva E. V. Primenenie metoda konechnykh elementov pri vybore materiala svarnykh konstruktsii [The use of the finite element method when choosing the material of welded structures]. Svarochnoe proizvodstvo = Welding production, 2015, no. 2, pp. 3-5(In Russ.).Котельников А. А. Родионова И. Н., Алпеева Е. В. Применение функционально-стоимостного анализа для определения эффективности программ для расчёта сварных конструкций методом конечных элементов // Заготовительное производство в машиностроении. 2015. №2. С.45-47.Kotelnikov A. A., Rodionova I. N., Alpeeva E. V. Primenenie funktsional'no-stoimostnogo analiza dlya opredeleniya effektivnosti programm dlya rascheta svarnykh konstruktsii metodom konechnykh elementov [The use of functional-cost analysis to determine the effectiveness of programs for the calculation of welded structures by the finite element method]. Zagotovitel'noe proizvodstvo v mashinostroenii= Procurement in mechanical engineering, 2015, no. 2, pp. 45-47 (In Russ.).Натаров А. С., Котельников А. А. Метод конечных элементов при расчёте остаточных напряжений воздушных баллонов для железнодорожного транспорта // Технология машиностроения. 2019. №7. С. 24-28.Natarov A.S., Kotelnikov A.A. Metod konechnykh elementov pri raschete ostatochnykh napryazhenii vozdushnykh ballonov dlya zheleznodorozhnogo transporta [The finite element method for calculating the residual stresses of air cylinders for railway transport]. Tekhnologiya mashinostroeniya = Engineering Technology, 2019,no.7,pp. 24-28(In Russ.).Abyshev K. I., Kotelnikov A. A. Calculation welded structures by the finiteelement method // Welding International. 2017.Vol. 31, no. 2.Р. 122-125.Abyshev K. I., Kotelnikov A. A. Calculation welded structures by the finiteelement method.Welding production, 2017, vol. 31, no. 2, pp. 122-125.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.