Помощь студентам в учебе
КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА СВАРКИ КОРПУСА ПАРУСНОЙ ЯХТЫ
|
Введение 5
Глава 1. Описание конструкции судна 9
1.1. Анализ типовых проектов стальных парусных яхт. Применение стали в
яхтостроении 10
1.2. Техническое задание. Назначение судна и основные требования 16
1.3. Эскизная проработка проекта 17
Глава 2. Разработка проекта судна 18
2.1. Создание теоретического чертежа корпуса судна 18
2.2. Выбор материала конструкции. Комплексная оценка качества стали .... 20
2.3. Конструирование набора судна 25
2.4. Конструирование обшивки корпуса судна 30
2.5. Выбор параметров сварных соединений 38
2.6. Расчет ходовых качеств проектируемого судна 42
Глава 3. Разработка технологического процесса сборки и сварки корпуса судна 44
3.1. Выбор способа сварки и расчет режимов 44
3.2. Выбор сварочных материалов и расчет ожидаемых механических
характеристик сварных соединений 51
3.3. Выбор сварочного и вспомогательного оборудования 55
3.4. Моделирование процессов сварки корпуса судна 59
3.5. Назначение методов и объёма контроля качества сварных соединений 69
3.6. Технологический процесс сборки и сварки корпуса судна 72
Выводы 85
Заключение 88
Список литературы
Глава 1. Описание конструкции судна 9
1.1. Анализ типовых проектов стальных парусных яхт. Применение стали в
яхтостроении 10
1.2. Техническое задание. Назначение судна и основные требования 16
1.3. Эскизная проработка проекта 17
Глава 2. Разработка проекта судна 18
2.1. Создание теоретического чертежа корпуса судна 18
2.2. Выбор материала конструкции. Комплексная оценка качества стали .... 20
2.3. Конструирование набора судна 25
2.4. Конструирование обшивки корпуса судна 30
2.5. Выбор параметров сварных соединений 38
2.6. Расчет ходовых качеств проектируемого судна 42
Глава 3. Разработка технологического процесса сборки и сварки корпуса судна 44
3.1. Выбор способа сварки и расчет режимов 44
3.2. Выбор сварочных материалов и расчет ожидаемых механических
характеристик сварных соединений 51
3.3. Выбор сварочного и вспомогательного оборудования 55
3.4. Моделирование процессов сварки корпуса судна 59
3.5. Назначение методов и объёма контроля качества сварных соединений 69
3.6. Технологический процесс сборки и сварки корпуса судна 72
Выводы 85
Заключение 88
Список литературы
Возрастающий интерес к парусному спорту и водному туризму заставляет серьезнее задуматься над проблемами проектирования и строительства новых маломерных парусных судов, а также совершенствования уже известных
проектов. Эта необходимость объясняется:
1. Отдельными недостатками серийных проектов парусных яхт. Примеры: глубокая осадка, недостаточные ходовые характеристики, малая эргономичность, малый диапазон условий эксплуатации (например, только внутренние водные пути).
2. Изменением требований организаций по регистрации и сертификации маломерных судов.
3. Развитием технологий в области судостроения, материаловедения,
сварки и др.
При создании нового проекта маломерного судна конструктор сталкивается со следующими проблемами:
1. Экономическая целесообразность проекта
2. Безопасность судна
3. Ходовые характеристики судна
4. Эргономичность
5. Срок службы судна
6. Эксплуатационные затраты
Эти вопросы могут быть успешно решены только с применением концепции конструктивно-технологического проектирования яхты с использованием современных CAD/CAM/CAE систем [1,2]. Кроме того, применение
данной концепции позволяет значительно снизить временные и финансовые
затраты на проектирование судна. При этом конструктору необходимо правильно выбрать основной материал судна, рационально спроектировать конструкцию корпуса яхты, а также технологический процесс изготовления.
Кроме вышеперечисленных проблем, при сборке и сварке стальных маломерных судов могут возникать значительные сварочные деформации и напряжения. Поэтому вопрос об их уменьшении стоит ещё на начальных этапах проектирования стального судна. Использование программного обеспечения для моделирования процессов сварки позволяет установить распределение и величину деформаций и напряжений в конструкции корпуса и выбрать
наиболее оптимальные режимы сварки и последовательность выполнения
сварных швов.
Цель работы: Разработать и оптимизировать проект конструкции корпуса
парусной яхты, а также технологический процесс его сборки и сварки.
Для достижения поставленной цели необходимо выполнить ряд задач:
1. Провести анализ проектов стальных парусных яхт и применения
стали как основного материала при строительстве маломерных парусных судов.
2. Разработать техническое задание, сформулировать основные требования к судну. Создать эскизы проекта.
3. Создать теоретический чертеж корпуса яхты.
4. Выбрать материал конструкции и провести его комплексную оценку.
5. Сконструировать набор судна. Выбрать систему набора, размер
шпации, количество шпангоутов и скул. Создать 3D-модель набора
судна.
6. Сконструировать обшивку корпуса судна. Создать 3D-модель обшивки, а также развёртки листов обшивки на плоскость и их раскрой.
7. Выполнить прочностной расчет разработанной конструкции корпуса.
8. Произвести расчет основных гидростатических и гидродинамических характеристик проекта маломерного парусного судна.
9. Выбрать основные параметры сварных соединений конструкции
судна.
10. Выбрать способ сварки и рассчитать режимы.7
11. Выбрать сварочные материалы и произвести расчет ожидаемых механических характеристик сварных соединений.
12. Выбрать сварочное и вспомогательное оборудование.
13. Провести моделирование процессов сварки и выбрать оптимальный
порядок выполнения сварных швов.
14. Назначить объем и методы контроля качества сварных соединений.
15. Разработать технологический процесс сборки и сварки корпуса судна.
проектов. Эта необходимость объясняется:
1. Отдельными недостатками серийных проектов парусных яхт. Примеры: глубокая осадка, недостаточные ходовые характеристики, малая эргономичность, малый диапазон условий эксплуатации (например, только внутренние водные пути).
2. Изменением требований организаций по регистрации и сертификации маломерных судов.
3. Развитием технологий в области судостроения, материаловедения,
сварки и др.
При создании нового проекта маломерного судна конструктор сталкивается со следующими проблемами:
1. Экономическая целесообразность проекта
2. Безопасность судна
3. Ходовые характеристики судна
4. Эргономичность
5. Срок службы судна
6. Эксплуатационные затраты
Эти вопросы могут быть успешно решены только с применением концепции конструктивно-технологического проектирования яхты с использованием современных CAD/CAM/CAE систем [1,2]. Кроме того, применение
данной концепции позволяет значительно снизить временные и финансовые
затраты на проектирование судна. При этом конструктору необходимо правильно выбрать основной материал судна, рационально спроектировать конструкцию корпуса яхты, а также технологический процесс изготовления.
Кроме вышеперечисленных проблем, при сборке и сварке стальных маломерных судов могут возникать значительные сварочные деформации и напряжения. Поэтому вопрос об их уменьшении стоит ещё на начальных этапах проектирования стального судна. Использование программного обеспечения для моделирования процессов сварки позволяет установить распределение и величину деформаций и напряжений в конструкции корпуса и выбрать
наиболее оптимальные режимы сварки и последовательность выполнения
сварных швов.
Цель работы: Разработать и оптимизировать проект конструкции корпуса
парусной яхты, а также технологический процесс его сборки и сварки.
Для достижения поставленной цели необходимо выполнить ряд задач:
1. Провести анализ проектов стальных парусных яхт и применения
стали как основного материала при строительстве маломерных парусных судов.
2. Разработать техническое задание, сформулировать основные требования к судну. Создать эскизы проекта.
3. Создать теоретический чертеж корпуса яхты.
4. Выбрать материал конструкции и провести его комплексную оценку.
5. Сконструировать набор судна. Выбрать систему набора, размер
шпации, количество шпангоутов и скул. Создать 3D-модель набора
судна.
6. Сконструировать обшивку корпуса судна. Создать 3D-модель обшивки, а также развёртки листов обшивки на плоскость и их раскрой.
7. Выполнить прочностной расчет разработанной конструкции корпуса.
8. Произвести расчет основных гидростатических и гидродинамических характеристик проекта маломерного парусного судна.
9. Выбрать основные параметры сварных соединений конструкции
судна.
10. Выбрать способ сварки и рассчитать режимы.7
11. Выбрать сварочные материалы и произвести расчет ожидаемых механических характеристик сварных соединений.
12. Выбрать сварочное и вспомогательное оборудование.
13. Провести моделирование процессов сварки и выбрать оптимальный
порядок выполнения сварных швов.
14. Назначить объем и методы контроля качества сварных соединений.
15. Разработать технологический процесс сборки и сварки корпуса судна.
В работе были выполнены следующие задачи:
1. На основании проведённого анализа существующих проектов стальных парусных яхт и применения стали в маломерном судостроении,
установлены основные требования к конструкции парусных яхт из
стали и рекомендации к их постройке, а также достоинства и недостатки стали как основного материала при строительстве парусных
яхт. Кроме того, анализ позволил выделить основные параметры
технического задания нового проекта яхты.
2. Разработано техническое задание, сформулированы требования к
новому проекту судна и созданы его эскизы, на основании которых
стало возможно создание теоретического чертежа будущего судна.
3. В программном комплексе Free!Ship построены теоретический чертёж и 3D модель корпуса яхты. Установлены оптимальные формы
шпангоутов и обводы корпуса, обеспечивающие высокие ходовые
характеристики, а также управляемость и остойчивость проектируемого судна.
4. Анализ применяемых в маломерном судостроении сталей позволил
выбрать в качестве основного материала конструкции корпуса яхты
сталь 10ХСНД. На основании комплексной оценки качества данной
стали установлено, что она обладает удовлетворительной свариваемостью, не флокеночувствительна и имеет малую склонность к отпускной хрупкости, а также может свариваться любыми способами
сварки.
5. На основании статистических и расчетных данных, а также рекомендаций специализированной литературы приняты основные параметры набора корпуса яхты: шпация, количество шпангоутов и скул,
размеры и конструкция шпангоутных рам и стрингеров. Выполнена
эскизная проработка набора. В результате сконструирован набор
корпуса яхты и в САПР КОМПАС-3D создана его модель, а также86
чертежи.
6. Согласно требованиям ГИМС для маломерных судов 1 класса, а
также рекомендациям Морского Регистра и специализированной литературы, сконструирована обшивка корпуса яхты. В результате, в
САПР КОМПАС-3D, созданы 3D модели листов обшивки, а также
модель корпуса и общая модель проекта парусной яхты. В САПР
Free!Ship выполнена развертка листов обшивки и их раскрой.
7. Выполненный в САПР КОМПАС-3D прочностной расчет конструкции показал, что сконструированный корпус яхты имеет достаточно
высокую общую прочность, что говорит о правильности выбора материала конструкции, размеров связей набора, толщины обшивки и
способа соединения поясов обшивки.
8. В соответствии с рекомендациями Морского Регистра и ГОСТ
14771-76 рассчитаны и приняты основные геометрические параметры сварных соединений конструкции корпуса яхты. Выбраны способы их выполнения.
9. На основании выполненного в программном комплексе Free!Ship
расчета основных гидростатических и гидродинамических характеристик разработанного корпуса яхты, установлено, что яхта обладает высокими мореходными качествами и согласно требованиям
ГИМС соответствует 1 классу.
10. Проведённый анализ применяемых в маломерном судостроении
способов сварки позволил выбрать наиболее технологичный из них
для изготовления корпуса яхты – частично механизированную сварку в среде защитных газов. Рассчитаны параметры режима сварки
для каждого типа сварного соединения корпуса яхты.
11. Выбраны сварочные материалы и проведён расчет ожидаемых механических характеристик сварных соединений. Установлено, что металл сварного шва, выполненного по предложенной технологии,
имеет сопоставимые с основным металлом прочностные характери87
стики и обладает бо́льшим запасом пластичности и менее склонен к
охрупчиванию.
12. На основании рассчитанных режимов сварки и маркетингового анализа, выбрано оптимальное сварочное и вспомогательное оборудование для изготовления яхты. Для обеспечения точности и упрощения сборки и сварки корпуса яхты разработаны специальные стапель
и кильблок.
13. Математическое моделирование процесса сварки сложной, криволинейной конструкции стального корпуса парусной яхты с помощью
программного обеспечения ESI SYSWELD позволило установить
распределение деформаций и напряжений при сварке. Кроме того,
обнаружена и экспериментально подтверждена возможность управления развитием сварочных деформаций и напряжений в сложных
конструкциях маломерных судов за счёт применения рациональной
технологии сборки и сварки, а также путём оптимизации способа и
порядка выполнения сварных швов.
14. Для каждого сварного соединения конструкции корпуса яхты, в зависимости от степени ответственности, установлен метод контроля
качества.
15. На основании принятых параметров проекта парусной яхты, а также
рекомендаций специализированной литературы по проектированию
маломерных судов, разработан подробный технологический процесс
сборки и сварки корпуса яхты, который позволяет изготовить конструкцию с высокой точностью и минимальными сварочными деформациями.
Все поставленные в работе задачи были выполнены и максимально подробно рассмотрены, в связи с чем можно сделать вывод о высоком качестве
разработанного проекта корпуса яхты и технологического процесса его изготовления, что свидетельствует о достижении поставленной цели.
1. На основании проведённого анализа существующих проектов стальных парусных яхт и применения стали в маломерном судостроении,
установлены основные требования к конструкции парусных яхт из
стали и рекомендации к их постройке, а также достоинства и недостатки стали как основного материала при строительстве парусных
яхт. Кроме того, анализ позволил выделить основные параметры
технического задания нового проекта яхты.
2. Разработано техническое задание, сформулированы требования к
новому проекту судна и созданы его эскизы, на основании которых
стало возможно создание теоретического чертежа будущего судна.
3. В программном комплексе Free!Ship построены теоретический чертёж и 3D модель корпуса яхты. Установлены оптимальные формы
шпангоутов и обводы корпуса, обеспечивающие высокие ходовые
характеристики, а также управляемость и остойчивость проектируемого судна.
4. Анализ применяемых в маломерном судостроении сталей позволил
выбрать в качестве основного материала конструкции корпуса яхты
сталь 10ХСНД. На основании комплексной оценки качества данной
стали установлено, что она обладает удовлетворительной свариваемостью, не флокеночувствительна и имеет малую склонность к отпускной хрупкости, а также может свариваться любыми способами
сварки.
5. На основании статистических и расчетных данных, а также рекомендаций специализированной литературы приняты основные параметры набора корпуса яхты: шпация, количество шпангоутов и скул,
размеры и конструкция шпангоутных рам и стрингеров. Выполнена
эскизная проработка набора. В результате сконструирован набор
корпуса яхты и в САПР КОМПАС-3D создана его модель, а также86
чертежи.
6. Согласно требованиям ГИМС для маломерных судов 1 класса, а
также рекомендациям Морского Регистра и специализированной литературы, сконструирована обшивка корпуса яхты. В результате, в
САПР КОМПАС-3D, созданы 3D модели листов обшивки, а также
модель корпуса и общая модель проекта парусной яхты. В САПР
Free!Ship выполнена развертка листов обшивки и их раскрой.
7. Выполненный в САПР КОМПАС-3D прочностной расчет конструкции показал, что сконструированный корпус яхты имеет достаточно
высокую общую прочность, что говорит о правильности выбора материала конструкции, размеров связей набора, толщины обшивки и
способа соединения поясов обшивки.
8. В соответствии с рекомендациями Морского Регистра и ГОСТ
14771-76 рассчитаны и приняты основные геометрические параметры сварных соединений конструкции корпуса яхты. Выбраны способы их выполнения.
9. На основании выполненного в программном комплексе Free!Ship
расчета основных гидростатических и гидродинамических характеристик разработанного корпуса яхты, установлено, что яхта обладает высокими мореходными качествами и согласно требованиям
ГИМС соответствует 1 классу.
10. Проведённый анализ применяемых в маломерном судостроении
способов сварки позволил выбрать наиболее технологичный из них
для изготовления корпуса яхты – частично механизированную сварку в среде защитных газов. Рассчитаны параметры режима сварки
для каждого типа сварного соединения корпуса яхты.
11. Выбраны сварочные материалы и проведён расчет ожидаемых механических характеристик сварных соединений. Установлено, что металл сварного шва, выполненного по предложенной технологии,
имеет сопоставимые с основным металлом прочностные характери87
стики и обладает бо́льшим запасом пластичности и менее склонен к
охрупчиванию.
12. На основании рассчитанных режимов сварки и маркетингового анализа, выбрано оптимальное сварочное и вспомогательное оборудование для изготовления яхты. Для обеспечения точности и упрощения сборки и сварки корпуса яхты разработаны специальные стапель
и кильблок.
13. Математическое моделирование процесса сварки сложной, криволинейной конструкции стального корпуса парусной яхты с помощью
программного обеспечения ESI SYSWELD позволило установить
распределение деформаций и напряжений при сварке. Кроме того,
обнаружена и экспериментально подтверждена возможность управления развитием сварочных деформаций и напряжений в сложных
конструкциях маломерных судов за счёт применения рациональной
технологии сборки и сварки, а также путём оптимизации способа и
порядка выполнения сварных швов.
14. Для каждого сварного соединения конструкции корпуса яхты, в зависимости от степени ответственности, установлен метод контроля
качества.
15. На основании принятых параметров проекта парусной яхты, а также
рекомендаций специализированной литературы по проектированию
маломерных судов, разработан подробный технологический процесс
сборки и сварки корпуса яхты, который позволяет изготовить конструкцию с высокой точностью и минимальными сварочными деформациями.
Все поставленные в работе задачи были выполнены и максимально подробно рассмотрены, в связи с чем можно сделать вывод о высоком качестве
разработанного проекта корпуса яхты и технологического процесса его изготовления, что свидетельствует о достижении поставленной цели.