Tính toán chính xác vật liệu để gia công các kết cấu dàn, tấm vỏ

BÀI 5: TÍNH TOÁN KẾT CẤU DÀN, TẤM VỎ I.Mục tiêu bài: - Trình bày đầy đủ khái niệm dàn, kết cấu vỏ - Trình bày rõ công thức liên quan đến việc tính toán kết cấu dàn, vỏ - Mô tả ứng suất biến dạng hàn vỏ biện pháp chống ứng suất biến dạng hàn vỏ - Tính toán xác vật liệu để gia công kết cấu dàn, vỏ Vận dụng kiến thức tính toán vào thực tế sản xuất linh hoạt Thực tốt công tác an toàn vệ sinh phân xưởng II Nội dung 1: Khái niệm kết cấu dàn, vỏ 1.1: Khái niệm dàn a b Một hệ thống liên kết lại với đầu mút khớp lề bất biến hình dáng hình học gọi dàn lề Hệ thống coi bất biến tác dụng ngoại lực mà chuyển vị điểm biến dạng đàn hồi Ba nối lề hình vẽ (a) dàn phẳng bất biến Bốn nối với hình vẽ (b) gọi cấu Gọi số hệ dàn i số khớp k số thêm vào (ngoài số tam giác sở) i – số khớp thêm vào k – Do việc cấu tạo dàn thực cách thêm vào tam giác sở hai khớp nên ta có: i – = (k – 3) Rút ra: i = 2k – Đó điều kiện hệ thống không thay đổi hình dáng hình học Đối với dàn đơn giản điều kiện cần đủ Dàn liên kết hàn dàn lề Song nghiên cứu thực nghiệm chứng minh phân bố lực dàn hàn không khác biệt nhiều so với phân bố ứng lực dàn ghép bu lông – lề Vỡ tính toán dàn hàn coi hệ thống lề, việc tính toán đơn giản kết đủ xác Các điểm nối dàn gọi nút Từ hình tam giác sở ta lập lên hệ thống dàn bất biến cách thêm hai với nút Các loại dàn tĩnh định dùng rộng rãi thực tế Ta tìm điều kiện dàn tĩnh định 1’ 2’ 3’ Giả thiết có dàn chịu tải nút (Hình vẽ) Như phần tử có khớp đầu nút mô men uốn M lực ngang Q mà chịu lực dọc tuý N Trong hệ có i nên có lực chưa biết Đối với nút dàn viết hai phương trình cân để xác định lực chưa biết thanh: ΣX=0; ΣY=0 Nếu số nút dàn k ta có 2k phương trình Từ ta xác định lực chưa biết phản lực gối tựa Như số lượng dàn 2k – dàn dãn tĩnh định Khi điều kiện cần thiết để dàn không thay đổi hình dáng hình học trùng với điều kiện tĩnh định dàn có liên kết với gối tựa (hai với gối tựa lề cố định “hai liên kết đơn” với gối tựa lề di động “một liên kết đơn”) a b Nếu dàn có số i > 2k – ứng lực tất dàn không xác định phương pháp tĩnh định (Hình vẽ a) Nó dàn siêu tĩnh Trong trường hợp phải dùng phương trình biến dạng đàn hồi Cần ý số dàn i = 2k – số gối tựa có liên kết đơn dàn siêu tĩnh (hình vẽ b) 1.2: Khái niệm vỏ Tấm vỏ chế tạo từ thộp cỏn thành tấm, sử dụng loại sau: Vật liệu : Thép bon thấp, mác thép CT38 Kích thước khuôn khổ : 1600 x 6000 mm Độ dày : 1, 2, 3, 4, 5, 8,10, 12, 16, 70 mm Tấm vỏ thường dùng để chế tạo vỏ tàu, thùng chứa xăng dầu thùng chứa loại chất dạng lỏng khác… Về mặt kết cấu vỏ tàu , tàu phân bố thành vùng khác nhau: vỏ vùng mũi tàu, vỏ vùng đuôi tàu vỏ thân tàu Vỏ vùng mũi kết cấu dạng vỏ tạo thành nhờ liên kết hàn giáp mối thép có chiều dày lớn Vỏ thành tàu kết cấu dạng phằng, chịu lực ép nước Do có hệ thống khung xương bên nên vỏ vùng có chiều dày không lớn Ngoài ra, quan trọng vỏ tàu khu vực thành tàu kết cấu vùng đáy đôi Đây phần kết cấu phức tạp nhât toàn vỏ tàu Kết cấu đáy: Dạng kết cấu tạo đáy kết cấu dạng vỏ chịu lực gồm có phần đáy trên: hoàn toàn dạng vỏ phẳng tạo thành cách hàn giáp mối phẳng lại với Đáy kết cấu vỏ theo biên dạng phần dạng phẳng hàn với kết cấu cung hông biên dạng trụ tròn Xác định nội lực tác động: Nội lực tác động: Nội lực tác động ứng suất nhiệt dư tác động lên vùng kim loại mối hàn theo phương dọc trục mối hàn tính theo công thức có Sau hàn, nội lực tác động sinh tượng co dọc mối hàn, mô men uốn ngang sinh ứng suất có xu hướng tách mối hàn Ta tính toán độ co dọc mối hàn ứng suất sinh theo phương ngang mối hàn sau: Độ co dọc mối hàn: Sau nguội hẳn, vùng ứng suất tác động xuất ứng suất kéo σT, thớ lại xuất ứng suất phản kháng dọc trục σ2 Ứng suất dư liên kết hàn: Sau hàn xong, ứng suất nhiệt dư lại liên kết hàn gồm có phần: - Ứng suất dư nội lực tác động: - Ứng suất dư lực phản kháng : Biểu đồ ứng suất dư có dạng hình vẽ Một số biện pháp làm giảm ứng suất biến dạng Làm giảm ứng suất biến dạng hàn vỏ công việc quan trọng, Vì ứng suất biến dạng hàn ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng kết cấu hàn Đặc biệt giai đoạn mà ngành đóng tàu,… ngành mũi nhọn nước ta Để giải toán trước hết ta tìm hiểu biện pháp xử lý lý thuyết: * Biện pháp xử lý theo lý thuyết Biện pháp làm giảm ứng suất Các biện pháp làm giảm ứng suất sử dụng hàn kết cấu vỏ: Biện pháp kết cấu: - Lựa chọn kim loại không nên dễ bị vùng ảnh hưởng nhiệt Việc phụ thuộc vào tính toán kết cấu vỏ, với loại chi tiết nhỏ dễ dàng chọn loại vật liệu phù hợp thép bon thấp với loại chi tiết có tải trọng lớn việc lựa chọn vật liệu khó khăn - Chọn vật liệu hàn nên chọn loại có độ dẻo không thấp độ dẻo kim loại Đại đa số trường hợp vật liệu hàn luôn thỏa mãn điều kiện nhà sản xuất vật liệu thực trước điều Mặt khác chế tạo phụ thuộc vào hệ số an toàn Chính hệ số định nhiều đến việc chọn vật liệu hàn bền cứng vật liệu - Không để mối hàn giao nhiều để tránh ứng suất nhiều chiều - Không nên hàn mối hàn tạo thành biên dạng kín không lớn - Số lượng kích thước liên kết hàn nên vừa đủ, không nên lớn mức cần thiết - Bố trí chi tiết hợp lý kết cấu - Hàn thành khối riêng rẽ sau hàn thành kết cấu hoàn chỉnh Biện pháp công nghệ: Biện pháp thực trước hàn: Tăng lượng đường làm tăng thể tích vùng kim loại nung tăng thời gian nguội Nung nóng sơ chi tiết hàn vị trí liên kết hàn trước hàn Các chi tiết kẹp chặt cụm từ chi tiết trở lên hàn với nên giảm lượng đường Giảm khe hở đáy để làm giảm ảnh hưởng co ngang Biện pháp thực sau hàn Nung nóng vùng ảnh hưởng nhiệt sau hàn Các biện pháp sử dụng tùy thuộc vào kết tính toán ứng suất nhiệt dư liên kết hàn Phụ thuộc vào trường hợp mà sử dụng cho hợp lý Biện pháp làm giảm biến dạng Các biện pháp làm giảm biến dạng hàn: Biện pháp kết cấu: - Không thiết kế tiết diện liên kết hàn lớn mức cần thiết - Phân bố liên kết hàn gần trục qua trọng tâm chi tiết tốt - Với liên kết hàn có vát mép, hạn chế đến mức tối đa liên kết hàn vát mép chữ V mà sử dụng nhiều liên kết hàn vát mép chữ X •Thực tế việc làm giảm ứng suất biến dạng hàn vỏ Biện pháp làm giảm biến dạng chế tạo phôi: Khi chế tạo phôi thường sinh biến dạng bị cắt Biện pháp làm giảm biến dạng thường nung nóng phía đối diện với phần bị nung, cắt Ở đây, việc cắt nhỏ từ lớn thỏa mãn điều kiện với mép phôi thực cắt lớp nhỏ trước cắt vào phía Việc tạo nung nóng phía chi tiết cắt Mô tả hình vẽ: Biện pháp làm giảm ứng suất biến dạng hàn chi tiết: Khi hàn chi tiết lại với tạo thành cụm chi tiết lớn ứng suất biến dạng bắt đầu xảy theo chiều hướng không giống lúc cắt phôi Lúc chi tiết hàn với bắt đầu có tượng cong vênh hàn Phương pháp thực tế áp dụng chủ yếu sử dụng loại đồ gá đơn giản để cố định cứng chi tiết với Sau hàn xong tùy thuộc vào vị trí liên kết hàn mà có biện pháp xử lý nhiệt riêng Có liên kết hàn phải xử lý nhiệt để làm giảm ứng suất dư bên Biện pháp làm giảm ứng suất biến dạng hàn cụm, tổng đoạn Khi hàn cụm, tổng đoạn, mô đun với thường biến dạng trước gây tượng sai lệch vị trí tương đối so với nhau: - Các sống, gân tăng cứng cụm chi tiết, tổng đoạn hay mô đun gần không thẳng hàng với - Các vỏ bị vênh so với hàn đấu đà nối mô đun Biện pháp xử lý lúc chủ yếu khắc phục sai lệch Thường biện pháp hay áp dụng phương pháp nắn thủ công: dùng lửa mỏ hàn khí để nung nóng cục sử dụng biện pháp uốn lại sai lệch búa, cấu bu lông đai ốc đơn giản,… Các biện pháp công nghệ - Chọn chế độ hàn cho chiều rộng vùng ứng suất tác động nhỏ thường tăng mật độ dòng hàn để đạt độ sâu ngấu cao - Thực mối hàn sau đảm bảo cho biến dạng sinh ngược với mối hàn trước - Thực phân đoạn với liên kết hàn dài - Nung nóng sơ vật hàn trước hàn - Uốn ngược trước hàn - Dùng đồ gá hàn để làm giảm biến dạng - Nắn nóng lại liên kết hàn bị biến dạng lửa khí cháy -… Thông thường, việc làm giảm ứng suất hàn làm tăng độ biến dạng Tức ứng suất biến dạng trái ngược nhau, ứng suất lớn làm giảm biến dạng ngược lại Vì có phương pháp hoàn toàn tối ưu để vừa làm giảm ứng suất vừa làm giảm biến dạng 1.4 Tính toán vật liệu gia công kết cấu dàn, vỏ a Tính toán vật liệu gia công kết cấu dàn a Đọc vẽ: + Xác định kích thước ghi vẽ - Xác định kích thước tổng thể kết cấu hàn: (chiều dài, chiều rộng…)ấm vỏ - Xác định kích thước chi tiết kết cấu hàn Ví dụ kết cấu dàn cần xác định kích thước biên, giằng, nối… + Xác định ký hiệu ghi vẽ - Ký hiệu dung sai kích thước, ký hiệu độ nhám bề mặt… - Ký hiệu vật liệu … + Liệt kê đầy đủ loại vật liệu chế tạo kết cấu hàn Trong kết cấu hàn có chi tiết làm từ loại vật liệu khác có kích thước khác kết cấu dàn biên thường có kích thước lớn giằng b Tính toán vật liệu cấu thành nên kết cấu hàn Thông thường tính toán vật liệu cấu thành nên kết cấu hàn người ta dựa vào bảng sau: STT Tên chi tiết Hình vẽ chi tiết Số lượng Vật liệu Ghi - Tên chi tiết: cần ghi ký hiệu chi tiết mà vẽ ký hiệu - Hỡnh vẽ chi tiết: cần phải vẽ xác hỡnh dạng chi tiết ghi cụ thể kích thước chi tiết - Số lượng: xác định xác số lượng chi tiết kết cấu hàn - Vật liệu: xác định vật liệu chế tạo chi tiết b.Tính toán vật liệu gia công kết cấu vỏ a Đọc vẽ: + Xác định kích thước ghi vẽ - Xác định kích thước tổng thể kết cấu hàn: (chiều dài, chiều rộng…) - Xác định kích thước chi tiết kết cấu hàn Ví dụ kết cấu dàn cần xác định kích thước biên, giằng, nối… + Xác định ký hiệu ghi vẽ - Ký hiệu dung sai kích thước, ký hiệu độ nhám bề mặt… - Ký hiệu vật liệu + Liệt kê đầy đủ loại vật liệu chế tạo kết cấu hàn Trong kết cấu hàn có chi tiết làm từ loại vật liệu khác có kích thước khác kết cấu dàn biên thường có kích thước lớn giằng b Tính toán vật liệu cấu thành nên kết cấu hàn Thông thường tính toán vật liệu cấu thành nên kết cấu hàn người ta dựa vào bảng sau: STT Tên chi tiết Hình vẽ chi tiết Số lượng Vật liệu Ghi - Tên chi tiết: cần ghi ký hiệu chi tiết mà vẽ ký hiệu - Hỡnh vẽ chi tiết: cần phải vẽ xác hỡnh dạng chi tiết ghi cụ thể kích thước chi tiết - Số lượng: xác định xác số lượng chi tiết kết cấu hàn - Vật liệu: xác định vật liệu chế tạo chi tiết   1.5 An toàn lao động – vệ sinh phân xưởng + An toàn lao động: Đảm bảo an toàn cho người thiết bị suốt trình học tập + Vệ sinh phân xưởng: - Thu dọn thiết bị, dụng cụ - Vệ sinh phân xưởng - Nhắc nhở nhiệm vụ cho học sau ... liệu : Thép bon thấp, mác thép CT38 Kích thước khuôn khổ : 1600 x 6000 mm Độ dày : 1, 2, 3, 4, 5, 8,10, 12, 16, 70 mm Tấm vỏ thường dùng để chế tạo vỏ tàu, thùng chứa xăng dầu thùng chứa loại... tròn gồm số đoạn ống ghép lại với mối hàn Chiều cao đoạn ống phụ thuộc vào chiều rộng ghép (từ 1 250 đến 1600mm) Trên đoạn ống số thép nối lại cho đủ chu vi mối hàn giáp mối gọi mối hàn dọc song... (hình vẽ b), đoạn ống có chiều dày nhỏ hàn chồng (hình vẽ c) Khoảng chồng lên a ≥ 4S không nhỏ 25mm Mối hàn chồng phía hàn liên tục phía hàn gián đoạn Chiều dày vỏ thiết kế thay đổi theo chiều