Сварные конструкции. Механика разрушения и критерии работоспособности

Листать книгу

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

скачать книгу Сварные конструкции. Механика разрушения и критерии работоспособности

Если заводы, выпуская сварочные материалы, осуществляют систематическую отбраковку продукции и получают усеченную по значениям слева гистограмму (рис.8.4.2,б), то тогда вместо формулы (8.4.2) следует использовать
...
Определение прочности соединений, выполненных более прочными присадочными металлами, чем основной металл, в случае их разрушения вблизи линии сплавления целесообразно выполнять по следующей процедуре.
...
В-третьих, по данным металлургических заводов, выпускающих сталь рассматриваемой марки, построить гистограммы распределения т*рз для данной марки стали аналогично представленной на рис.8.4.2. Воспользоваться формулами (8.4.2) или (8.4.3) в зависимости от вида распределения точек на гистограмме для определения минимального значения прочности на срез.
...
Образцы для определения прочности угловых швов на продольный срез целесообразно брать в соответствии с рекомендациями §6.7. Швы лучше брать с катетом не более 0,5 толщины пластины, так как крупные катеты вызывают значительную текучесть примыкающего основного металла и создают условия деформирования угловых швов, существенно отличающиеся от тех, в которых в действительности может обнаружиться критическая степень неравнопрочности сварного соединения.
...
Для сварных соединений с угловыми швами наиболее важными факторами, влияющими на отклонение от расчетного уровня прочности, являются: неравномерная передача нагрузок всеми участками соединения, уменьшение катета шва, наличие непровара в корневой части шва, несплавление между металлом шва и основным металлом, превышение нагрузок выше нормативных, снижение уровня прочности наплавленного металла ниже минимальных нормативных значений.
...
Выше были рассмотрены лишь два фактора: рассеяние катетов швов, что предопределено самой сущностью процесса сварки, и процедура определения статистически минимального значения прочности, вызванного рассеянием химического состава. Таким образом, если
...
Рекомендации по определению допускаемых напряжений
...
имеется 100%-ный контроль по отсутствию непровара в корне шва и несплавлению с основным металлом, то допускаемое значение напряжения в угловом шве целесообразно устанавливать по следующей формуле:
...
Если условия выполнения швов и неполная степень контроля физическими методами, предусматривающая лишь дисциплинарное воздействие, не исключают появления дефектов несплошности, то должен быть еще частный коэффициент запаса па на неполное сечение шва. Значение па может быть установлено на основе статистической обработки результатов обследования швов неразрушающими методами контроля. В этом случае (8.4.4) преобразуется к виду
...
Эксплуатация сварных соединений в конструкциях, работающих при статических нагрузках и рассчитанных по СНиП, показала, что разрушения сварных соединений практически не наблюдаются, если исключить случаи существенно некачественного выполнения швов с сильно заниженными сечениями. В СНиП 11-23-81 большинство основных элементов предусмотрено проектировать, принимая в качестве предельного состояния наступление текучести металла. Однако в отношении угловых швов никаких четких указаний о предельном состоянии, по которому их следует рассчитывать, не имеется.
...
Анализ цифрового материала по нормативным сопротивлениям показывает, что для угловых швов установлены такие уровни сопротивлений, которые связать с предельным состоянием наступления текучести металла шва не удается. Указаний, что эти значения назначены по предельному состоянию разрушения сварных швов, также нет.
...
Так как СНиП [299] не вводит различий между прочностью угловых швов, работающих на продольный срез (фланговых) и на поперечный срез (лобовых), то нормативное сопротивление швов на срез следует понимать как относящиеся к менее прочным фланговым
...
угловым швам. Фланговые швы работают на чистый срез, и для этой схемы нагружения справедливым является соотношение - 0,6 между пределом текучести металла на сдвиг и пределом текучести на растяжение. Следовательно, отношение между нормативным сопротивлением угловых швов на срез и нормативным сопротивлением стыковых швов по пределу текучести на растяжение (о0 2), покажет, в какую сторону и насколько отклоняется это отношение от 0,6, т.е. от соотношения, характерного для предельного состояния наступления текучести.
...
Нормативное сопротивление угловых швов на срез по СНиП [299] принято 0,55 ов, следовательно, искомое соотношение будет 0,55 ов/о02. Для ряда сталей, значения ов основного металла которых совпадают или близки с ов металла шва, в табл.8.4.1 приведены эти усредненные соотношения.
...
Из данных табл. 8.4.1 видно, что соотношение 0,55 овср/о02ср не совпадает со значением 0,6, а это указывает на то, что в данном случае расчет не связан с предельным состоянием наступления текучести металла шва.
...
Вводимый в дополнение к 0,55 ов по СНиП коэффициент надежности (запаса) по материалу yw т свидетельствует о фактическом использовании предельного состояния наступления разрушения для угловых швов, так же как и коэффициент 0,85 для неконтролируемых физическими методами стыковых швов в табл.3 СНиП, который вводит понижение расчетного сопротивления металла сварных стыковых соединений, назначаемого по пределу текучести металла. Так как физические методы контроля обнаруживают лишь несплошности и не дают сведений о механических свойствах металла по о02, то коэффи-
...
Рекомендации по определению допускаемых напряжений
...
циент 0,85 следует рассматривать как частный коэффициент запаса 1 / 0,85 на возможное уменьшение сечения стыкового шва вследствие непроваров, подрезов и провалов шва ниже плоскости листа при повышенных сборочных зазорах. Точно так же коэффициенты yw
...
С учетом положительного опыта, имеющегося в СНиП, и замечаний, которые были изложены выше, представляется целесообразным установить численные значения коэффициентов запаса по имеющемуся в СНиП цифровому материалу, но придать этим коэффициентам конкретный физический смысл.
...
Коэффициент запаса ир на неучет концентрации сил в сложных сварных сварных соединениях, вероятно, должен быть тем больше, чем выше временное сопротивление металла. В СНиП роль коэффициентов запаса. ир фактически выполняют коэффициенты надежности по материалу для угловых швов, обозначенные в табл.3 [299] как ywm
...
Чтобы не входить в противоречие с численными значениями расчетных сопротивлений для угловых швов Rwj,
...
Рассмотренные выше соображения относились к традиционному и повсеместно принятому подходу, когда Прочность углового шва находится как произведение прочности металла на сечение шва. Этот подход был формально перенесен в [299] на более прочные швы, когда разрушение происходит по основному металлу, с заменой сечения шва на сечение околошовной зоны и прочности металла шва на прочность основного металла. Для приближенной оценки такой подход, естественно, допустим. В действительности разрушение соединений с прочными угловыми швами происходит по своей топографии сложнее, и в этом случае, как было указано в начале настоящего параграфа, лучше ориентироваться на прочность единицы длины шва Т,
...
Для определения, - какое направление нагрузки дает минимальное значение Тр, достаточно испытать партию образцов, вырезанных из одного и того же сварного соединения, выполненного по типовой технологии, с разрушением их по 4 видам.
...
Для определения допускаемых сил на единицу длины шва [7"] следует воспользоваться формулами (8.4.4) и (8.4.5). Недостатком расчета с использованием значений Г и [7") является то, что значения [7"] относятся только к конкретной стали, виду шва и технологии его выполнения.
...
Рекомендации по определению допускаемых напряжений
...
§9.1. Первоначальный этап исследований сварных соединений и конструкций при переменных нагрузках
...
С конца 20-х годов сварные конструкции получили бурное развитие во всех странах. В 1932 г. в Париже собрался конгресс, который единодушно высказался в пользу широкого применения сварных соединений во всех видах металлоконструкций, работающих под статическими нагрузками. По вопросу применения сварки в металлоконструкциях, воспринимающих переменные усилия и удары, определенных рекомендаций высказано не было.
...
С начала 30-х годов в СССР и за рубежом внимание исследователей сосредотачивается на изучении несущей способности сварных конструкций железнодорожных мостов — сооружений крайне ответственных, работающих при ярко выраженных переменных нагрузках и наличии ударов от набегания колес на рельсовые стыки, нередко в условиях низких климатических температур.
...
С целью обоснования возможности применения сварных соединений в мостовых и аналогичных конструкциях в ряде стран были проведены серии испытаний сварных соединений, а позже элементов сварных конструкций в лабораторных условиях [104}.
...
Под руководством Е.О.Патона в Киеве испытывали параллельно две фермы — сварную и клепаную вибрационной машиной, устанавливаемой на фермы и раскачивающей их в резонансном режиме [242].
...
Результаты испытаний Центрального института строительства НКПС подтвердили, что наиболее высокой сопротивляемостью переменным нагрузкам обладают стыковые швы и наименее высокой — фланговые. В этот период усталостную прочность исследовали применительно к сталям обыкновенного качества, свариваемым ионизирующими электродами с низкими пластическими свойствами наплавленного металла и очень низким сопротивлением удару [212].
...
удары, приводящие к повреждениям, то есть для вагонов усталостные нагрузки не являются определяющими [260]. По рациональному проектированию и изготовлению был дан ряд рекомендаций: применять лобовые угловые швы с неравнобедренным очертанием при отношении горизонтального катета к вертикальному как 2:1, в комбинированных соединениях производить обваривайте соединений по всему контуру и т.д. [60].
...
Сварные конструкции в вагоностроении позволили уменьшить массу вагонов и тем самым повысить эффективность работы железнодорожного транспорта. Перевод с клепки на сварку всей вагонной продукции был осуществлен в течение нескольких лет. С 30-х годов началось применение сварных соединений в крановых конструкциях [275].
...
Обширные исследования усталостной прочности сварных соединений крановых решетчатых ферм были проведены в Ленинградском политехническом институте в 50-х годах [66], а также в ГДР [363, 364]. Эксперименты подтвердили решающее влияние концентрации напряжений на прочность сварных соединений при переменных нагрузках. Сопоставление пределов выносливости для разных видов соединений (рис.9.1.1) позволило показать преимущество сварных соединений встык по сравнению с другими видами.
...
Таким образом, первоначальный этап исследований усталостной прочности сварных соединений из сталей обыкновенного качества показал следующее. Пределы выносливости соединений встык, выпол-
...
ненных без дефектов, лишь незначительно отличаются от пределов выносливости основного металла. Соединения с угловыми швами, обладающие острыми концентраторами напряжений, имеют низкую усталостную прочность, которая может быть несколько повышена специальными приемами.
...
Уже на первоначальном этапе исследований при переменных нагрузках было показано существенное влияние дефектов на усталостную прочность сварных соединений. Так, для стыковых соединений стали СтЗ с V-образной разделкой кромок даже незначительный по величине непровар уже заметно снижает предел выносливости соединения [2111. Еще резче это проявляется применительно к высокопрочной стали ЗОХГСА, закаленной на 1600 МПа, аустенитной 1Х18Н9Т, алюминиевому сплаву Д16Т (рис.9.1.2) [213].
...
Многие конструкции подвергаются ограниченному числу нагружении низкой частоты при высоком уровне напряжений, вызывающем циклическое деформирование наиболее напряженных зон в упруго-пластической области. Подобный вид нагружении имеет место в сосудах высокого давления, в судах, баках ракет и т. д. Число нагружении, вызывающих разрушения, часто не превышает 5... 10 тысяч. Большой экспериментальный материал по испытаниям на прочность при малом числе циклов нагружения был представлен Н.И.Мариным [182].
...
Малоцикловое нагружение, протекающее в упругопластической области, порождает накопление пластических деформаций. Это накопление может быть односторонним — монотонным или циклическим, не дающим однонаправленного прироста деформации [278].
...
Кривая усталости, этапы и природа усталостных разрушений
...
При малоцикловом нагружении с постоянной амплитудой напряжений (мягкое нагружение) наблюдается два типа разрушений: первый — от усталости при небольших пластических деформациях и второй — носящий квазистатический характер при больших пластических деформациях (рис.9.2.2,с). Второй тип разрушения имеет место преимущественно у материалов, разупрочняющихся при циклических нагрузках и склонных к накоплению пластических деформаций.
...
Сопоставление уровня разрушающих напряжений при однократном нагружении ов и разрушающих напряжений при N
...
Разрушения циклически разупрочняющейся теплоустойчивой стали в процессе малоцикловых испытаний имели квазистатический характер, напротив, в циклически упрочняющемся сплаве В-96 разрушения при тех же условиях испытания имели усталостный характер даже при напряжениях, близких к пределу прочности ов. Для циклически стабилизирующейся стали ЗОХГСА квазистатические или усталостные разрушения имели место в зависимости от уровня напряжений. Подобное явление наблюдается и при испытаниях стали Х18Н9Т.
...
В условиях малоциклового нагружения при постоянных амплитудах деформаций (жесткое нагружение) разрушения имеют только усталостный характер [279].
...
Кривая усталости, этапы и природа усталостных разрушений
...
При мягком и жестком малоцикловом нагружении гладкого образца изменение деформаций и напряжений соответствует двум крайним случаям: в первом случае деформации свободно развиваются в соответствии только со свойствами материала, во втором — деформации жестко регламентированы условиями испытаний.
...
Поскольку в зонах концентрации напряжений стесненность пластических деформаций зависит от параметров конкретных концентраторов и может меняться в широких пределах, то и изменения напряжений оказываются промежуточными между мягким нагружением и жестким.
...
При малоцикловом нагружении сварных соединений переход от квазистатических разрушений к усталостным, как правило, сопровождается сменой места разрушения. Это можно видеть на рис.9.2.4, где представлены результаты испытаний характерных типов сварных соединений из стали М16с при отнулевом цикле растяжения R
...
Кривая усталости, этапы п ЩМРОДа усталостных разрушений
...
обычно определяют по результатам испытаний образцов методами лестницы, проб, ступенчатого повышения напряжений, или итераций (последовательного приближения). Каждый из этих методов предусматривает свою последовательность испытания образцов на нескольких уровнях нагружения и отличается обработкой полученных результатов [70). Сравнение этих методов по продолжительности испытаний и точности получаемой оценки приведено в табл. 9.2.2.
...
Поскольку усталостное разрушение является следствием постепенного развития микроскопических дефектов, неизбежно присутствующих в материалах, то при построении кривых усталости важным становится выбор стадии, на которой следует завершать испытание каждого образца. Так, если считать, что полному разрушению образца (рис.9.2.5) предшествуют стадии накапливания повреждений 1,
...
Применительно к элементу, имеющему концентратор напряжений, возможно более детальное членение процесса разрушения на отдельные стадии, предложенное Валлури [373].
...
сравнению со сталью и алюминием применение титана способно обеспечить наиболее высокий уровень удельного сопротивления усталости. При этом для титана повышение ов сопровождается монотонным ростом о.,, тогда как для стали и алюминия в области высоких значений ов повышение с_}
...
Существенное влияние на сопротивление усталости оказывает состояние поверхности. Как видно на рис.9.3.2, это влияние проявляется тем сильнее, чем выше прочность материала [368]. Подобная зависимость приведена и в [117].
...
Рис.9.3.2. Снижение предела выносливости сталей при пульсирующем растяжении в зависимости от уровня прочности о,
...
Факторы, оказывающие влияние на предел выносливости
...
Масштабный эффект определяется действием сложного комплекса факторов металлургического, технологического и статистического характера [278]. При испытаниях гладких образцов он обнаруживается только в случае переменного изгиба и кручения, но отсутствует при осевой нагрузке [126].
...
Рис.9.3.4. Снижение отношения пределов выносливости по мере увеличения диаметра гладких образцов, по литературным данным:
...
Значительное влияние на понижение усталостной прочности в крупногабаритных образцах оказывает анизотропия структуры и отдельные дефекты, служащие очагом концентрации напряжений и началом образования усталостной трещины. Вероятность образования дефектов и перенапряженных зерен возрастает с ростом размеров испытуемого элемента. В связи со статистической природой процесса усталостного разрушения это приводит к увеличению вероятности разрушения. И не случайно поэтому влияние размеров на понижение пределов вьшосливости уменьшается в рафинированных сталях.
...
При переменных нагрузках трещины прежде всего возникают в местах концентрации напряжений. В сварных соединениях концентрация напряжений определяется как конструктивным оформлением соединения (типом соединения), так и технологией его выполнения (методом сварки, наличием и характером технологических отклонений).
...
В стыковых соединениях усталостные трещины чаще всего зарождаются с поверхности по линии сплавления шва с основным металлом. Сведения о значениях коэффициента концентрации напряжений формы стыка а. в зависимости от параметров усиления шва весьма
...
Факторы, оказывающие влияние на предел выносливости
...
Рис.9.3.5. Зависимость коэффициента концентрации напряжений формы стыкового шва осф от параметров шва
...
Смещение кромок стыкового соединения вызывает значительное повышение концентрации напряжений в зоне сопряжения
...
Рис.9.3.8. Зависимость коэффициента концентрации напряжений у концов флангового шва а0 от // а
...
Факторы, оказывающие влияние на предел выносливости
...

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