Сварные конструкции. Механика разрушения и критерии работоспособности

Листать книгу

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

скачать книгу Сварные конструкции. Механика разрушения и критерии работоспособности

В угловом шве нахлесточного соединения (см. рис.8.1.6), если рассмотреть некоторое произвольное сечение, расположенное под углом Ф по отношению к плоскости нахлестки, в общем случае будут действовать 4 вида напряжений: 1) нормальное напряжение са
...
Сложность разрушения угловых швов требует определенной систематизации критериев с указанием рациональной области их применения. При изложении данного вопроса будем опираться на изложенные в § 8.1 четыре способа расчета сложных сварных соединений на прочность.
...
Первый, простейший способ расчета нуждается в определении только одной механической характеристики — минимальной прочности единицы длины углового шва Тритг
...
В инженерных методах расчета на прочность принимается, что прочность шва Тр прямо пропорциональна катету шва. В действитель-
...
Тем не менее в сталях невысокой прочности, несклонных к закалке при термических циклах сварки, для угловых швов, выполняемых сварочными материалами, обеспечивающими примерно тот же уровень прочности, что и у основного металла или ниже, не находящихся в хрупком состоянии вследствие пониженной температуры, прочность металла шва целесообразно характеризовать прочностью на срез вдоль шва Тфр.
...
Для угловых швов с наплавленным металлом, прочность которого существенно превосходит прочность основного металла, для швов с малым катетом и глубоким проплавлением, а также в случаях, когда проявляется фактор низкотемпературной хрупкости, выражать прочность угловых швов в функции катета и минимальной прочности материала на срез нецелесообразно, так как в этих случаях не наблюдается прямая пропорциональная связь между прочностью и размером катета шва. Более удобным представляется указывать прочность углового шва в этих случаях в виде прочности единицы длины шва на срез Тф р, не выражая ее через размер катета шва. Значение прочности при других катетах следует определять экспериментально.
...
Неэкономичность метода расчета, в котором используется единственное значение прочности шва на продольный срез, объясняется отсутствием учета различной прочности углового шва при различном направлении передаваемой силы Р
...
Это обстоятельство вызвало необходимость учета различной прочности углового шва путем введения коэффициента С повышения прочности [38J. Коэффициент С показывает, во сколько раз прочность шва по рассматриваемому направлению выше наименьшей прочности, которая обычно наблюдается у шва,' работающего на срез вдоль шва. Такой подход, как отмечено в § 8.1,
...
находится в вязком состоянии [90J. В этом отношении показательными являются результаты, представленные на рис.8.2.2,а. Наибольшая прочность обычно бывает у шва при а = 45° и у
...
Значительную прочность обнаруживают и лобовые швы, работающие на растяжение, т.е. при а = 0. В этом случае С
...
Рис.8.2.2. Результаты испытаний сварных соединений с угловым» швами в зависимости от направления нагрузки, определяемого углами а и у:
...
Швы повышенной прочности по сравнению с прочностью основного металла обнаруживают несколько иные соотношения, чем швы из металла с той же прочностью, что и основной. Участки разрушения, если шов достаточно прочен, располагаются в околошовной зоне (рис.8.2.4) Прочность шва на продольный срез заметно возрастает, так как разрушение в этом случае происходит не по наименьшему сечению шва, а по основному металлу. Прочность фланговых и лобовых швов сближается и может стать практически одинаковой, так как в обоих случаях разрушение происходит срезом по линии ОВ
...
Используемый повсеместно в расчетах на статическую прочность принцип, согласно которому соединяемые швами
...
Пластичность простейших сварных соединений при работе их при различных направлениях нагрузки зависит от пластичности металла шва и примыкающего к шву основного металла.
...
нагрузки. Значение А является интегральной величиной, которая зависит от свойств металла и уровня концентрации напряжений. „
...
Стадию расчета напряженно-деформированного состояния сложного сварного соединения. Вторая — необходима для определения момента Наступления предельного состояния разрушения.
...
Как указано в § 5.3, для расчета напряженно-деформированного состояния сложного сварного соединения необходимо располагать некоторой совокупностью диаграмм деформирования швов по различным направлениям в координатах Т
...
Для определения момента наступления предельного состояния разрушения необходимо располагать значениями прочности шва Тр
...
Если при определении напряженно-деформированного состояния/ от рабочих нагрузок на второй стадии нельзя ограничиться упругим решением задачи, то следует пользоваться механической характерис| такой 1>р, определяя ее на простейших образцах с такими швами и основным металлом, для которых предполагается выполнять расчет, fc катетами швов и технологией сварки, примерно совпадающими с реальными. Для зоны корня углового шва, которая сходна с зоной вершины трещины, могут оказаться необходимыми три вида £>р: локальное разрушающее перемещение в случае нормального отрыва £>, , то же для поперечного сдвига Dn
...
Таким образом, при проведении испытаний угловых швов на прочность для получения количественных данных, предназначенных для расчетов, необходимо иметь в виду следующее: обязательность получения и использования минимальных значений прочности и пластичности угловых швов для тех случаев, когда схема нагрузки на соединение не определена; целесообразность определения значений прочности, когда они могут быть заметно выше минимальных значений, чтобы это обстоятельство можно было учесть в более точных расчетах, что даст экономию наплавляемого металла. В гл. 6 были рекомендованы несколько типов образцов, отвечающих этим требованиям.
...
Ниже приводятся некоторые результаты испытаний, проведенных А.В.Васильевым или совместно с ним [20]. Для получения сопоставимых результатов испытания были проведены на образцах, заготовки для которых были нарезаны из одних и тех же сварных пластин, изготовленных по следующей технологии. Материал сталь 20, толщина металла 12 мм, края фрезерованные; полосы собирали внахлестку. Сварку вели в защите С02 проволокой Св-08Г2С диаметром 1,2 мм при U
...
Места и поверхности разрушений по их площади отличались существенно, что показано на рис. 8.2.10 Поэтому на диаграммах на рис.8.2.8 и 8.2.9 даны условные напряжения, полученные путем деления силы на р kl, где к и / — катет и длина швов. Деформация у также получена как условная; после вычитания из полного перемещения упругой составляющей значение Д^
...
Образцы, имевшие прорези, получили существенный изгиб лепестков, причем их радиальные перемещения имели разные направления при сжатии и растяжении. Из результатов следует, что прочность при отсутствии перемещений одинакова; она мало меняется, если перемещение направлено на закрывание зазора (с 562 до 582 МПа). В случае действия отрыва по плоскости нахлестки, как это происходит при схеме испытания на сжатие, прочность уменьшается с 561 до 463 МПа. Из этого следует, что прочность нахлесточного соединения с жесткими элементами будет выше, чем при наличии отхода, вызывающего отрыв по плоскости нахлестки.
...
При разработке типов образцов с продольными швами для получения минимально возможной прочности при продольном срезе углового шва были проведены испытания различных видов образцов с разнообразным оформлением концов швов, где схема сдвига нарушается [20]. Здесь целесообразно представить лишь итоговые данные, полученные при температуре +20 'С и —35...40 °С. Образцы изготовили из стали СтЗ толщиной 10 мм. Сварку швов выполняли в лодочку в защите С02 проволокой 0 1,2 мм при U
...
§ 8.3. Расчетное определение прочности и пластичности углового шва в зависимости от направления силы
...
Выше было показано, что разрушение углового шва при продольном срезе дает однозначный результат, в то время как нагружение его перпендикулярно продольной оси шва дает целую совокупность значений прочности и пластичности в зависимости от угла а (см.рис.8.2.2). Таким образом, постулируется положение, согласно которому для каждого значения угла а необходимо иметь экспериментальное значение механических характеристик, чтобы, зная также значения при у = О, вычислить соответствующие значения характеристик при у *■
...
Для получения математической зависимости, которая бы выражала прочность шва в функции углов а и у на рис.8.1.6,с, могла бы подойти формула (7.6.15), приведенная в гл.7.
...
Там было показано, что если ось стыкового шва расположена под некоторым углом к главным осям деформаций, а шов является слабым звеном, по которому должно произойти разрушение, то прочность шва зависит от его прочности на разрыв и от прочности на срез. Применительно к угловому шву введем следующие обозначения: прочность единицы длины шва на срез вдоль оси при работе его как флангового представим в виде а прочность на поперечный разрыв при произвольном угле а как Гар. Тогда в (7.6.15) вместо о'в подставим Тар,
...
Расчетное определение прочности и пластичности
...
Представленная выше формула (8.3.2) может быть использована при расчете сложных сварных соединений на прочность по кинематической модели расчета, когда тела считаются абсолютно жесткими, а пластичность швов во внимание не принимается. При ограниченной пластичности швов прочность сложного сварного соединения зависит от пластичности отдельных участков соединения. В третьем методе расчета на прочность, в котором учитывается податливость основного металла и швов, предполагается, что при эксплуатационных нагрузках в наиболее опасных точках соединения может быть вычислен как фактический запас прочности, так и фактический запас пластичности. Очевидно, что при одинаковых запасах прочности предпочтение должно быть отдано соединениям с более высокой пластичностью. Приводимые ниже расчетные формулы позволяют по небольшому числу экспериментальных значений пластичности угловых швов определить их пластичность при произвольном направлении силы.
...
где Лгшр — пластическая составляющая перемещения для углового шва по направлению действия силы в момент разрушения; A„^p — пластическая составляющая перемещения для того же шва при продольном срезе; Дщ
...
Если использовать ряд допущений, изложенных в [32], в частности хорошо подтверждающееся экспериментальными данными соотношение
...
и принять во внимание установленное расчетами [130] несовпадение направления вектора полного перемещения Дш с направлением вектора приложенной силы Р
...
Расчетное определение прочности и пластичности
...
Значения С, вычисленные по формулам (8.3.2) и (8.3.7), мало отличаются между собой; значения rj, вычисленные по (8.3.5),имеют отклонения до 20 % от экспериментальных значений [38].
...
Соотношение (8.3.9) приведено здесь лишь в порядке постановки вопроса. Данная проблема имеет более актуальное значение для трешин, произвольно ориентированных в теле по отношению к главным осям напряжений. Разработка этого вопроса в общетеоретическом плане будет иметь значение и для частного случая разрушения угловых швов.
...
§ 8.4. Рекомендации по определению допускаемых напряжений для угловых швов при статической нагрузке
...
В практических расчетах допускаемое напряжение обычно задают численно или указывают простейшую процедуру его определения с учетом конкретных условий расчета. Именно так построено определение допускаемого напряжения в угловых швах в [299], хотя термин "допускаемое напряжение" в [299] не используется. В настоящем параграфе рассмотрены положения, которыми целесообразно руководствоваться при составлении новых руководящих материалов и стандартов, в которых должны приводиться допускаемые напряжения в угловых швах.
...
Эти положения относятся к методам расчета, в которых не учитывается концентрация напряжений в сварных соединениях и используется кинематический метод для определения напряженного состояния.
...
Наступление текучести в угловых швах не является опасным предельным состоянием. Фактически текучесть металла в угловых швах всегда имеет место по причине концентрации напряжений, а в термически необработанных конструкциях также и вследствие высоких остаточных напряжений. Поэтому прогрессивным, с учетом необходимости экономии наплавляемого металла, является установление допускаемых напряжений в угловых швах по предельному состоянию наступления разрушения. Вне зависимости от того, предназначено допускаемое напряжение для расчетов без учета направления передаваемой нагрузки или с учетом этого обстоятельства путем введения коэффициента С
...
Определение прочности швов с целью установления допускаемых напряжений необходимо выполнять в пределах тех размеров катетов швов, которые предполагает распространить устанавливаемый норматив. Хотя прочность металла швов на срез мало зависит от катета швов, все же имеется тенденция к некоторому снижению удельной прочности с ростом катета. Поэтому целесообразно испытать на прочность сварные швы с катетами, близкими к максимальным. Распространение полученных значений на катеты меньшего размера может оказаться не совсем экономичным, однако с учетом того обстоятельства, что относительное отклонение размеров малых катетов швов обычно в производстве значительнее, чем у крупных катетов, такой подход является оправ-
...
данным. Это позволяет быть уверенным, что отклонение размеров швов не приведет к такому значению фактического запаса прочности, который окажется ниже нормативного.
...
Значение разрушающего напряжения для швов целесообразно устанавливать только в зависимости от сварочных материалов и способа сварки [235] . Вариация режимами сварки должна отразиться на уровне рассеяния свойств. Влияние основного металла на химсостав наплавляемого вследствие смешивания при выполнении крупных катетов швов обычно незначительно. Поэтому устанавливать каждый раз другие допускаемые напряжения для шва в зависимости от основного металла нецелесообразно, так как это сильно усложнит работу конструкторов и расчетчиков.
...
Значение разрушающего напряжения по линии сплавления при применении более прочных, чем основной металл, сварочных материалов целесообразно устанавливать только в зависимости от марки основного металла.
...
Процедура обработки результатов испытаний должна исключать возможность грубых ошибок при установлении фактических уровней прочности. В данном случае речь идет о различных видах простейших соединений с угловыми швами (не только работающих на продольный срез, но и лобовых, тавровых и др.).
...
При катетах малого размера 3...5 мм, в особенности с глубоким проплавлением и повышенной прочностью по сравнению с основным металлом, форма поверхности разрушения может иметь настолько неправильный вид, что определение прочности металла теряет всякий смысл ввиду неточностей определения площади разрушения. В этом случае целесообразно определять прочность единицы длины шва Тр
...
Процедура назначения допускаемого напряжения должна учитывать возможное рассеяние размеров катетов швов, а также, в разумных пределах, возможность непроваров корня угловых швов или частичного несплавления наплавленного металла с основным. Обследование аварийно разрушившихся конструкций показывает, что, к сожалению, отклонение фактических размеров живого сечения угловых швов может достигать очень больших значений. Поэтому при формировании полного коэффициента запаса (см.§ 3.5) или вероятности неразрушимости должен приниматься во внимание частный коэффициент запаса на сечение шва, который ниже будет обозначаться как ик. Рассмотрим возможные подходы к его определению.
...
Пусть на рис.8.4.1 кривой f(k) показана гистограмма распределения значений катета шва к в условиях конкретного производства. Среднее значение к*
...
Определение возможного влияния рассеяния химического состава сварочных материалов на механические свойства металла шва поясним примером.
...
Пусть проведены испытания на прочность значительного числа образцов с фланговыми угловыми швами, т.е. на срез вдоль шва. Полученные значения разрушающих сил Р
...
Рекомендации по определению дцгускаеимх ж»ранений
...

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