Сварные конструкции. Механика разрушения и критерии работоспособности

Листать книгу

Страницы: ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

скачать книгу Сварные конструкции. Механика разрушения и критерии работоспособности

Очевидно, что не сам факт наступления текучести сварного соединения в какой-либо его зоне, а уровень изменяемости размеров и формы конструкции должен приниматься во внимание для суждения о допустимости текучести металла в сварном соединении. Если хотя бы один из компонентов, например собственное остаточное напряжение вдоль шва сх
...
Текучесть от наличия остаточных напряжений обычно не рассчитывают. Если она недопустима вследствие искажения размеров и формы сварной кострукции, то назначают отпуск конструкции или вибрацию. При наличии разупрочненных зон текучесть возникает при о, раб > от мп и для ее прекращения требуется упрочнение металла мягкой прослойки в результате протекания пластической деформации при нагружении.
...
Если не учитывать остаточные напряжения, то оценку возможности наступления текучести следует выполнять по формуле (7.6.4) путем сравнения с пределом текучести металла от мп наиболее слабой зоны. Однако лишь значительная текучесть металла может привести к искажению размеров и формы сварного соединения.
...
240 Работоспособность сварных соединений при монотонном нагружения
...
Неучет контактного упрочнения при вычислении деформаций дает завышенный результат для узких прослоек, где деформации, как правило, малы. Для широких прослоек, где оценка уровня пластических деформаций может иметь практическое значение, контактное упрочнение проявляется слабо и поэтому его можно не учитывать, а расчет вести по схеме плоского напряженного состояния.
...
В общем случае прослойка может быть расположена под углом а к главным осям рабочих напряжений (рис.7.6.6). Несмотря на протекание пластических деформаций, напряжения ау
...
Несущая способность и трещиностойкость сварного соединения
...
242 Работоспособность сварных соединений при монотонном нагружении
...
\ В этих работах на основе аппарата теории линий скольжения рассматривается напряженно-деформированное состояние металла
...
Двухосное нагружение при расположении мягкой прослойки под углом к главным осям напряжений (рис.7.6.6,о) изучено недостаточно. В работе [336] рассматривается случай так называемого "мягкого" и "жесткого" нагружения (рис. 7.6.7). При мягком нагружении (phc
...
Несущая способность и трициностойкость сшцшого соединения
...
Если перейти к плоскому напряженному состоянию в прослойке (cz = 0) и считать, что прочность при срезе равна хв, а при растяжении и сжатии одинакова и равна ов, то (7.6.11) можно привести к виду
...
Из формулы (7.6.7) следует, что при значительной деформации е, характеризующей степень протекания пластической деформации в мягкой прослойке, охпр стремится к о^/2. Подставляя сх = ау/1
...
244 Работоспособность саариых соединений при монотонном нагружении
...
образом с угловыми швами, которые нагружены силой, направленной под некоторым углом к оси шва, и для которых известна прочность соединения поперек шва с'в
...
Для определения прочности пластины с косо расположенным швом необходимо выделить часть пластины (рис.7.6.6,б), чтобы определить средние напряжения су
...
"Рис. 7.6.8. Зависимость коэффициента изменения прочности л от угла а и соотношения прочности металла при срезе и растяжении г./а'т
...
равнопрочность косого шва в случае одноосного растяжения полосы, необходимо в формуле (7.6.18) положить о, р равным временному сопротивлению основного металла. Уровень прочности существенно зависит от отношения *к/<з'в
...
При жесткой схеме нагружения обязательно должны появиться поперечные силы, схематично показанные как сг2 на рис. 7.6. Ю,о. Они могут быть как сжимающими (сплошные линии), так и растягивающими (прерывистые линии). Действие их проявляется в том, чтобы воспрепятствовать разрушению при преимущественном срезе по линии ох
...
246 Работоспособность сварных соединений при монотонном нагружен—
...
Рис.7.6.9. Сравнение экспериментальных и расчетных значений несущей способности соединений с косой мягкой прослойкой при испытании по "мягкой" (/) и "жесткой" (2)
...
Несущая способность и трещииостойкость сварного соединения
...
Следовательно, повышение прочности при косом шве может быть достигнуто только за счет участия касательных напряжений т , которые
...
Не ставя вопроса о том, как запрещением сдвига технически достичь максимума о,, отыщем его максимальное значение при фиксированном а, взяв призводную дсх
...
248 Работоспособность сварных соединений при монотонном нагружении
...
Для выявления условий такого снижения трещиностойкости соединения испытаниям подвергали образцы с поперечным швом, где исходную поверхностную трещину распола1али
...
Испытаниям подвергали образцы трех партий стали 03Х11Н10М2Т, основной металл которых был перед сваркой термообработан на различный уровень прочности, тогда как металл шва неизменно имел °0 2
...
Рис.7.6.12. Результаты испытаний стыковых сварных соединений стали 03Х11Н10М2Т с поверхностной трещиной, где зона шва являлась мягкой прослойкой:
...
Несущая способность и трещииостойкость сварного соединения
...
начала макропластических деформаций металла вне зависимости от того, вызвано ли это повышение понижением температуры однородного металла в случае сталей 15ГБ и АБ-1Ш или
...
Алюминиевый сплав АМгб не имеет площадки текучести как в отожженном состоянии, так и после различной степени нагартовки, однако на диаграммах деформирования гладких образцов с увеличением степени нагартовки повышается не только значение о02, но и уровень напряжений ото начала развития пластических деформаций. Страгиванию трещины в образце из отожженного металла (рис.7.6.1Ъ,а,б)
...
При нагружении образцов из АМгбН и АМгбНПП (рис.7.6.13,в) наличие поверхностной трещины в зоне мягкой прослойки не изменяет вязкого характера разрушения, однако увеличение степени нагартовки приводит к существенному снижению притупления исходной трещины перед страгиванием и ускорению роста трещины.
...
ОДП — основной металл, плоскость сплавления, шов, когда свариваемые элементы в отожженном состоянии; *АШ
...
На рис.7.6.14, где представлены результаты испытаний большого количества образцов с поверхностной трещиной, можно видеть, что для нагартованного металла имеет место снижение 8^ ш[ по сравнению с ненагартованным (рис.7.6.14,я), хотя и не до того уровня (8егш < 0,03 мм), когда разрушение приобретает хрупкий характер и становится правомерным использование соотношения KlQ
...
Однако отсутствие хрупких разрушений при испытаниях образцов с поверхностной трещиной еще не отрицает возможности нарушений работоспособности сварных соединений сплава АМгб в случае излишне высокой степени нагартовки свариваемых элементов. Сопоставление диаграмм с - К на рис.7.6.13,а и на рис.7.6.13,в показывает, что типично вязкий характер разрушения в первом случае при отсутствии нагартовки, при высокой степени нагартовки может приблизиться к вязкохрупкому.
...
Таким образом, анализ условий страгивания и развития поверхностной трещины применительно к стыковым сварным соединениям наглядно показывает, что неблагоприятное изменение НДС в зоне вершины трещины (например, когда зона шва оказывается в роли мягкой прослойки или под действием остаточных растягивающих напряжений), может приводить к существенному снижению трещиностойкости соединения. Поэтому при проектировании, а также при постановке контрольных расчетов учет такого снижения представляется необходимым.
...
Рассмотренный в §7.5 подход к оценке неразрушимости элемента из однородного металла (см. схему на рис.7.5.14) представляется целесообразным использовать и в случае элемента, где трещина или дефект располагается в той или иной зоне стыкового соединения.
...
Большая часть наплавленного металла расходуется на угловые швы. По данным 1187], на них тратится 70% сварочных материалов. По друтим источникам [106], эта доля оценивается в 75—85%.
...
Фактические затраты металла на угловые швы, если не касаться вопросов бережливого использования сварочных материалов, всецело зависят от нормативно-технической документации на сварные конструкции и используемых проектировщиками методов назначения и расчета катетов угловых швов. Последние, в свою очередь, определяются механическими свойствами угловых швов и соединений, в которых они использованы, а также уровнем научных представлений, на базе которых они построены.
...
Угловые швы и сварные соединения с ними работают в крайне разнообразных условиях. Основными видами нагружении сварных соединений считают следующие.
...
В настоящей главе в основном рассмотрена работа угловых швов при статической нагрузке в условиях, когда вязкость и пластичность металла высоки, а следовательно, концентрация напряжений оказывает умеренное влияние на прочность и пластичность угловых швов. Некоторые вопросы прочности сварных соединений и угловых швов в условиях пониженной вязкости и пластичности металла рассмотрены в гл. 11.
...
Условия работы, типичные виды разрушений и принципы расчета 259
...
Понимание возможных механизмов разрушения сварных соединений с угловыми швами позволяет построить рациональную схему расчетов и рекомендовать ряд критериев прочности и пластичности, уместных для отдельных случаев.
...
В отличие от многих известных методов расчета на прочность по предельному состоянию наступления текучести металла или появлению усталостных разрушений, когда обходятся лишь определением напряжений в упругой области, расчет на статическую прочность соединений с угловыми швами должен проводиться по предельному состоянию наступления разрушения.
...
Наступлением текучести металла в какой-либо отдельной точке углового шва в практических целях обычно никогда не интересуются, так как из-за высокой концентрации напряжений в угловых швах локальная пластическая деформация возникает почти всегда. Наступление общей текучести углового шва также, как правило, в испытаниях не регистрируют, так как ее не используют в качестве предельного состояния в расчетах на прочность.
...
Расчет по предельному состоянию разрушения при однократной нагрузке представляет сложность хотя бы потому, что разрушению предшествует пластическая деформация, которую довольно сложно определить в расчете.
...
При развитых пластических деформациях можно применять прямые методы расчета, но требуется надежный и сложный аппарат расчета напряженно-деформированного состояния в неупругой области. Существуют более экономные, но менее точные методы расчета на прочность, которые можно было бы назвать косвенными. Идея их состоит в том, что рассчитывается напряженно-деформированное состояние соединения при эксплуатационных нагрузках, когда пластические деформации невелики или даже вовсе отсутствуют. Затем проводится сравнение численного значения критерия напряженно-деформированного состояния в опасной зоне соединения с предельным, т.е. с механической характеристикой.
...
Недостаток этого подхода состоит в том, что в ряде случаев не удается точно определить фактический коэффициент запаса ввиду нелинейной зависимости изменения критерия напряженно-деформированного состояния в опасной зоне с изменением нагрузки. Лишь для разрушений хрупких, возникающих в пределах упругих деформаций, фактический коэффициент запаса можно определить точно.
...
В косвенных методах расчета по предельному состоянию разрушения используют и другие приемы, сходные с описанными выше. После определения максимального рабочего напряжения или другого критерия при эксплуатационных нагрузках их сравнивают с допускаемыми значениями напряжений или с допускаемыми значениями критериев.
...
В косвенных методах используется одно из рациональных положений, согласно которому общая максимальная нагрузка на конструкцию в эксплуатационных условиях существенно увеличиться не должна. Вводимый коэффициент запаса предназначен для того, чтобы компенсировать возможные отклонения в свойствах металла, в размерах швов (или в размерах дефектов), по точности определения напряженно-деформированного состояния
...
Вне зависимости от метода расчета, прямого или косвенного, необходимо располагать механическими характеристиками для угловых швов, которые бы правильно отражали наступление предельного состояния разрушения. Определение механических характеристик
...
угловых швов и металла в зонах концентрации напряжений, которые характерны для угловых швов, естественно, должно проводиться путем разрушения образцов с такой обработкой результатов испытаний, которая бы отражала протекание пластических деформаций.
...
Рассмотренные выше 5 типичных видов разрушений сварных соединений с угловыми швами нуждаются в использовании различных по сложности методов расчета на прочность и различных критериев прочности и пластичности угловых швов.
...
По каждому из указанных направлений (кроме первого) должна быть экспериментально получена (или вычислена) диаграмма деформирования шва вплоть до точки разрушения, в которой известны прочность единицы длины шва Тр
...
4. Наиболее универсальный метод расчета сварных соединений с угловыми швами также построен на базе МКЭ, но предусматривает расчет концентрации напряжений и деформаций у предельно острых концентраторов. Расчет выполняется в два этапа. Сначала рассчитывают напряженно-деформированное состояние при эксплуатационных нагрузках по предыдущему методу и определяют распределение сил и перемещений, используя начальные участки диаграмм деформирования швов. Затем из соединения выделяют один или несколько фрагментов, которые могут оказаться наиболее близко к предельному состоянию разрушения. Фрагмент разбивается на конечные элементы, в том числе и такие, которые у вершины предельно острых концентраторов способны отразить особенности, свойственные трещинам в механике разрушения. На втором этапе решения в качестве граничных условий используются перемещения по контуру фрагмента, которые были определены на первом этапе решения. Вычисляются локальные перемещения D3
...
Если деформации при эксплуатационных нагрузках упругие, а в зонах предельно острых щелевидных концентраторов (непроваров) возникают незначительные пластические деформации, то оценку возможности хрупкого разрушения для этих мест можно выполнять с использованием критериев механики разрушения KY
...

Основы металлографии и пластической деформации стали
Оборудование для контактной сварки постоянным током
Справочник конструктора металлических конструкций
Сварные конструкции. Механика разрушения и критерии работоспособности
Сварка пластмасс ультразвуком
Основы сварочного дела
Газовая сварка и резка металлов

"Сварка-ЛИБ" - Техническая библиотека сварщика | Сварка, термообработка, материалы, металлы и сплавы

admin

Сварные конструкции. Механика разрушения и критерии работоспособности