Сварные конструкции. Механика разрушения и критерии работоспособности

Листать книгу

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

скачать книгу Сварные конструкции. Механика разрушения и критерии работоспособности

Таким образом, применительно к мостостроению в Германии и США уже к середине 30-х годов при назначении допускаемых напряжений на основной металл стали учитывать как амплитуду изменения усилий, так и тип сварных соединений.
...
В СССР для строительных конструкций такой подход применения не получил. Согласно проекту технических условий 1937 года [216, 218, 219], допускаемые напряжения на сварные соединения назначали в зависимости от технологического процесса сварки и характера действующих сил, причем для конструкций, подвергаемых длительным воздействиям переменных нагрузок, использовали коэффициент у,
...
Однако прочность основного металла около швов продолжали определять без учета концентрации напряжений, вызванных швами. В 1948 году в СССР была введена методика расчета конструкций по предельным состояниям, наступление которых требует прекращения эксплуатации [292, 293], а связь с условиями работы конструкции устанавливается введением статистически определяемых коэффициентов.
...
Методика расчета по предельным состояниям легла в основу Строительных норм и правил (СНиП). В развитие СНиП в 1952-1956 годах ЦНИИС были составлены технические условия на проектирование мостов (ТУПМ-56) [294, 306], также предусматривающие использование вместо общего коэффициента запаса систему расчетных коэффициентов, определяемых статистически.
...
Развитие подходов к назначению норм допускаемых напряжений
...
В мостовых и других видах конструкций требование уменьшения количества рабочих швов приводило к необходимости не только замены одного вида соединений (угловых швов) другими (стыковыми швами), но отражалось на выборе генеральных форм, сварных конструкций. Например, значительная концентрация напряжений в Угловых швах соединений раскосов и стоек с поясами ферм явилась одной (может быть, не главной) причиной развития тенденции замены решетчатых ферм большепролетными балками.
...
Введение в практику расчетов прочности указанных нормативов резко понижало расчетную несущую способность элементов в зоне сварных швов. Это особенно проявлялось при расчете конструкций из низколегированных сталей.
...
Таким образом, постепенно в отечественной и мировой практике проектирования находят отражение экспериментальные исследования, установившие высокую концентрацию напряжений в основном металле околошовных зон, высокую чувстствительность к усталостным нагруже-ниям прочных сталей, влияние числа нагружении на предельные разрушающие напряжения.
...
Согласно Нормам строительного проектирования [305, 296], а также СНиП-62, формула для определения коэффициентов у
...
Таким образом, в этих нормах учитываются все главные факторы, определяющие усталостную прочность: типы соединений (коэффициенты а,
...
Развитие подходов к назначению норм доиуснаемых и*ду»жеиий
...
венный вес конструкции, поднимаемый груз, усилия от приводов, центробежные силы, ветровые и т.д. Учет переменного характера усилий осуществляется по диаграмме (рис.9.5.2), на которой по горизонтальной
...
приведены допускаемые напряжения для сварных соединений, работающих в условиях симметричных циклов Л =
...
Можно видеть, что нормы DIN 15018 обладают особенностью: допускаемые напряжения в ответственных конструкциях В5, В6, работающих при N>2-
...
ных состояний, так и метод допускаемых напряжений. Большое внимание уделено учету нагруженности элементов путем суммирования напряжений от отдельных внешних нагрузок, эквивалентных по усталостной повреждаемости. Для характерных схем соединений и расположения расчетных сечений приведены значения коэффициентов К^,
...
По сравнению со СНиП-72 в выражении для подсчета отах расчетное сопротивление при статическом нагружении заменено на расчетное сопротивление усталости. При этом значения Rv
...
Как было отмечено в статье [113], это издание СНиП-81 представляется недостаточно отработанным. Расчетные сопротивления усталости для второй, седьмой и восьмой групп элементов оказались существенно завышенными, ввиду чего расчетные предельные напряжения отах смогут оказаться выше средних значений опытных пределов выносливости в 1,05-1,84 раза.
...
Обращает на себя внимание, что ни в отечественных, ни в зарубежных нормах нет подразделения цифр допускаемых напряжений для сварных соединений различных групп в зависимости от толщины металла, длины и катета угловых швов, что существенно влияет на пределы выносливости. Например, для шестой группы по СНиП известные в литературе данные для толщин до 8 мм содержат более высокие пределы выносливости, а при > 12 мм более низкие, чем те, что рекомендованы СНиП.
...
Завершая обзор развития подходов к назначению норм допускаемых напряжений, нельзя не отметить, что пределы выносливости, послужившие основой для принятия существующих нормативных значений допускаемых напряжений и расчетных сопротивлений, в основном получены на образцах сравнительно небольших размеров. Поэтому эти нормы отражают условия работы сварных соединений с относительно низким уровнем остаточных сварочных напряжений (ОСН).
...
Характер влияния ОСН на скорость роста усталостной трещины определяется главным образом размахом напряжений от внешней нагрузки До и коэффициентом асимметрии цикла R,
...
Развитие подходов к назначению норм допускаемых напряжений
...
распространение полуавтоматические способы сварки. Совершенствуются методы расчетов на прочность в части условий нагружения, концентрации напряжений, остаточных напряжений и т.д.
...
Много сделано в отношении улучшения форм сварных конструкций, их стали проектировать с учетом требований технологических процессов.
...
В результате всех указанных обстоятельств, казалось бы, сварная конструкция, спроектированная и изготовленная в начале 90-х годов, должна обладать большей несущей способностью по сравнению со своим аналогом, созданным в период 30-х или 40-х годов. Однако от одного десятилетия к другому расчетная несущая способность сварных конструкций в условиях переменных нагрузок не повышается, а монотонно снижается.
...
По-видимому, одной из причин является увеличение действительной нагруженности ряда типов конструкций по сравнению с прошлым периодом. Характерным примером такого рода могут служить подкрановые балки. В связи с непрерывной интенсификацией производственных процессов в цехах с тяжелым и весьма тяжелым режимом работы мостовых кранов подкрановые балки выходят из строя через 4-6 лет после начала эксплуатации [258].
...
В данном случае одной из причин выхода из строя изделия является недостаточный учет работы подкрановой конструкции как единой механической системы, состоящей из подкрановых балок и несущих конструкций мостовых кранов. Установлено, что вследствие неравных начальных прогибов подкрановых балок на разных сторонах опирания крана и отклонений продольного профиля крановых путей даже в пределах допусков фактические давления катка на рельс могут увеличиваться по сравнению с расчетным на 45% [258, 320].
...
Другой причиной, реально существующей, но не учитываемой расчетом, является снижение несущей способности сварных конструкций при переменных нагрузках вследствие наличия дефектов. Закономерности возникновения и роста трещин от дефектов сварки в литературе освещены еще недостаточно. Их рассмотрению посвящена глава 10.
...
Выше были рассмотрены основные факторы, влияющие на выносливость сварных соединений. Общепризнано, что концентрация напряжений является одним из главных факторов. Однако ее учет в инженерных расчетах сварных соединений на выносливость весьма приближенный. Отечественные и зарубежные нормы расчета' [299] подразделяют сварные соединения на несколько групп в зависимости от их формы и
...
характера передачи силового потока. Каждая из групп отличается от другой своим уровнем допускаемого напряжения (предела вьшосливости). Между тем в литературе имеется весьма много публикаций, в которых показана существенная роль размеров элементов сварного соединения (ширины, толщины металла, катета шва) на уровень концентрации напряжений даже в пределах одной группы соединений. Эта концентрация в инженерных методах расчета до наших работ никак не учитывалась.
...
Сопоставление методов расчета на выносливость деталей с конечными радиусами перехода в концентраторах и с трещиноподобньгми концентраторами показывает их принципиальные отличия. При уменьшении радиуса надреза увеличивается расхождение между теоретическим и эффективным коэффициентами концентрации напряжений и, при радиусах менее 1 мм, методы сопротивления материалов становятся непригодными для расчетов на выносливость. Что касается методов линейной механики разрушения, то они привязаны к определенному виду сингулярности у вершины трещины и, в свою очередь, непригодны для нетрещиноподобных концентраторов.
...
Существует третий вид концентраторов напряжений в виде V-образных вырезов о радиусом при вершине, близким к нулю, и характером сингулярности поля деформаций и напряжений, зависящим от угла при вершине концентратора. Этот случай, весьма распространенный в сварных соединениях, не охватывается ни одним из двух известных методов расчета. Единый подход к расчету на выносливость элементов с концентраторами различной остроты может быть выработан на основе двух основных положений.
...
Как будет показано ниже, с учетом этих двух положений может быть установлена связь пределов вьшосливости сварных соединений как с пределом вьшосливости для гладких образцов оЛ, так и с пороговыми значениями интенсивности напряжений КЛ, при которых происходит возникновение усталостного разрушения от трещиноподобного концентратора.
...
Практическая реализация такого подхода опирается на использование понятия локальной концентрации напряжений и понятия локального разрушающего напряжения аш
...
не вызывающих, однако, развитой пластической деформации вокруг надреза. Преимущество такого подхода в наглядности понятия локального напряжения cD
...
Принципиальным является вопрос о степени полноты учета концентрации напряжений при определении значений локальных напряжений aD
...
Однако в сварных соединениях присутствуют и другие факторы, существенно влияющие на их пределы выносливости. Это остаточные напряжения, радиусы закруглений в зоне концентрации напряжений, форма поверхности углового шва (плоская, выпуклая, вогнутая), угол наклона поверхности шва вблизи концентратора, соотношения катетов, степень неоднородности механических свойств у концентратора, зависящая от режима сварки, и другие факторы. Если'значения этих факторов не указаны в чертежах, не обеспечиваются технологическим процессом и не контролируются с целью их соблюдения, учет их в расчетах локальных напряжений ал
...
В соответствии с изложенным подходом и ввиду того, что в большинстве случаев сварные соединения с угловыми швами не обрабатывают для получения определенных радиусов и углов наклона поверхностей швов, принят формализованный геометрический образ поперечного сечения углового шва в виде равнобедренного треугольника с углом 45° и радиусами в корне и галтелях углового шва, равными нулю (точки 0,
...
статистической обработкой экспериментальных данных. Таким образом, в расчетных значениях коэффициентов концентрации напряжений aD
...
Использование единого подхода к расчету сварных соединений
...
Необходимо отметить, что этот результат получен в условиях действия других неучтенных факторов, таких, как остаточные напряжения, разброс значений радиусов перехода, углов наклрна швов и др., что, безусловно, влияет на рассеяние локальных пределов вьшосливости.
...
Для упрощения расчета было принято, что в качестве основной следует использовать зависимость lg св от lg N при R
...
Использование единого подхода к расчету сварных
...
Рнс.9.6.3. Результаты совместной обработки локальных разрушающих напряжений сварных соединений из низкоуглеродистых н низколегированных сталей при R = О
...
речными швами, длина которых составляет десятки и даже сотни миллиметров, объем высоконапряженного металла превышает таковой в продольных швах в сотни раз, что согласно [116] и должно приводить к двухкратному снижению предела вьшосливости. Таким образом, при более точных подходах к оценке усталостной прочности металлов и сварных соединений следует вводить еще один параметр — объем, претерпевающий циклические напряжения, способные вызвать усталостное повреждение металла. Введение поправки на объем зоны высоконапряженного металла в локальный коэффициент концентрации aD
...
Использование концепции предельно острых надрезов для расчетов сварных соединений на выносливость, естественно, вызывает вопрос о применимости ее в отношении элементов конструкции с трещинами. Каких-либо принципиальных препятствий здесь нет. Зная номинальное напряжение он и геометрию элемента с трещиной, можно определить коэффициент интенсивности напряжений
...
Использование единого подхода к влсчсту саауых сосдивуиий
...
Использование единого подхода к расчету сварных соединений
...
глубиной 0,12 мм, представленным на рис.10.1.2 в виде зависимости максимального напряжения симметричного знакопеременного цикла с , от коэффициента концентрации напряжений ао (кривая 1) [328]. На рисунке видны три области: /.
...
Можно видеть, что минимальное напряжение, при котором возникала трещина, зависит от коэффициента концентрации напряжений а& Напряжение распространения трещины, напротив, оказалось примерно постоянным ow = 90 МПа при малом различии глубины неразвивающихся трещин а по дну надрезов одинакового размера /.
...
Рис. 10.1.3. Относительное число циклов до зарождения усталостной трещины в зависимости от радиуса р
...

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