Файл: Майзель В.С. Сварные конструкции учебник.pdf

большое значение базы испытаний целесообразно принимать для деталей конструкций машиностроительного типа, которые в процессе работы могут подвергаться воздействию и значительно большего количества циклов переменной нагрузки.

Для металлических конструкций многих других отраслей промышленности и строительства в соответствии с условиями их эксплуатации количество циклов переменной нагрузки может быть значительно меньшим. Так, например, считают, что для корпусных судовых конструкций количество циклов переменной нагрузки за весь период службы не превышает N = 10°; для мостовых кон­ струкций N = 2- ІО6; такое же значение базы принято и для кра­ новых металлических конструкций.

Всвязи с этим для таких конструкций определяют ограничен­ ный предел выносливости при значительно меньшей базе. Обычно

вэтих случаях принята база N = 2- ІО6.

Взависимости от характеристики цикла г, представляющей собой отношение минимального значения напряжений amln от

вибрационной нагрузки и максимальному их значению ашах ( г =

, величина предела выносливости меняется. Это изме-

нение выражено графиком, приведенном на рис. 3.11, 6.

Для непосредственного применения в расчетах более удобными являются прямолинейные зависимости, в связи с чем линия вы­ носливости строится в логарифмических координатах (рис. 3.12, а). Диаграмма выносливости, построенная в координатах о и от с некоторым приближением, может быть принята прямолинейной. Она позволяет определять значение предела выносливости при различных характеристиках цикла (рис. 3.12, б).

Вибрационные испытания серии образцов обычно проводят в следующем порядке.

Для первого образца принимают напряжение, заведомо пре­ вышающее предел выносливости о 1 аг, и определяют число циклов N ІУ при котором произойдет его разрушение. Для второго образца напряжение принимают несколько меньшим о2 <-<г1 и также определяют число циклов N 2 при котором произойдет разрушение. Так поступают последовательно и с другими образ­ цами, для которых при меньших задаваемых значениях напряже­ ний будет, как правило, получаться соответственно большее значение числа циклов, выдержанных до разрушения. Степень снижения напряжений, задаваемых для отдельных образцов, сле­ дует выбирать с учетом получения возможно лучших условий для построения кривой выносливости в диапазоне изменения коор­ динат, определяемом базой испытания. При таком порядке испы­ таний необходимо добиться, чтобы один из последних образцов, испытанный при самом низком уровне напряжений, достиг задан­ ной базы испытания без разрушения. При этом в случае, если разность между значениями напряжений, принятыми для этого

образца и для ближайшего предыдущего образца, невелика (не выходит за установленные для этого пределы), то это значение напряжений может быть принято в качестве предела выносливости. Если же эта разность будет велика, то следует испытать еще один образец при напряжении, значение которого должно быть проме­ жуточным между напряжениями, принятыми для указанных двух предыдущих образцов. При этом разность между напряжениями для двух последних ступеней нагружения не должна превышать 5% от значения предела выносливости.

Для повышения степени достоверности результатов при напря­ жениях, находящихся на уровне предела выносливости, должно быть испытано не менее двух образцов.

Для образцов с концентраторами напряжений предел вынос­ ливости понижается. При этом его обозначение в отличие от пре­ дела выносливости гладкого образца аг принимается с дополни­ тельным индексом k и имеет вид агк.

Степень снижения предела выносливости при наличии кон­ центраторов напряжений характеризуется эффективным коэффи­ циентом концентрации напряжений ß, который определяется от­ ношением соответствующих пределов выносливости при симме­ тричном цикле (т. е. при характеристике цикла г = — 1):

На диаграмме выносливости линия пределов выносливости для образцов с концентратором напряжений располагается,

соответственно, ниже линии пределов выносливости гладких образ­ цов (рис. 3.12, в).

Диаграмма выносливости может быть с достаточной степенью точности построена по двум точкам. В качестве таких точек ис­ пользуются либо два значения предела выносливости, получен­ ные экспериментальным путем для двух различных значений характеристики цикла, либо только одно значение предела вы­ носливости, а в качестве второго значения используется предел прочности, который условно принимается в качестве предела вы­ носливости при характеристике цикла г = 1.

Последний способ построения применяется чаще потому, что он является более легким. Однако необходимо заметить, что верх­ няя точка диаграммы, определяемая значением Oj = ав, дей­ ствительного физического смысла не имеет. Она может быть использована только потому, что, упрощая само построение на участке действительной части диаграммы, дает достаточно близ­ кое совпадение с истинными значениями пределов выносливости.

§ 11. КОНЦЕНТРАЦИЯ НАПРЯЖЕНИЙ В СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЯХ

Применение сварки открыло исключительно большие воз­ можности в создании новых форм соединений и узлов раздичных элементов конструкций. Многообразие конструктивных форм стало одной из наиболее характерных особенностей сварных кон­ струкций и способствует их дальнейшему совершенствованию.

Разнообразие качественных характеристик сварных соедине­ ний необходимо для более полного удовлетворения технических и экономических требований, определяющихся условиями изго­ товления и эксплуатации конструкций.

В сварных конструкциях в отличие от клепаных многообразие форм создает условия, при которых диапазон изменения коэффи­ циента концентрации напряжений в различных соединениях и узлах является весьма широким. При этом могут иметь место случаи, когда в зависимости от конструктивной формы сварные соединения по своему напряженному состоянию будут находиться в более благоприятных условиях, чем клепаные.

Такое положение характерно, в частности, для сварных соеди­ нений встык и впритык (при условии, если в последнем случае обеспечено полное проплавление по всей толщине присоединяе­ мого элемента). Однако могут быть также случаи применения в сварных конструкциях менее удачных форм.

Это относится к сварным соединениям внахлестку и к неко­ торым узлам, в которых имеет место резкое изменение формы. Напряженное состояние в таких сварных соединениях и узлах является менее благоприятным, чем в аналогичных клепаных кон­ струкциях, и характеризуется более высокими значениями коэф­ фициента концентрации напряжений.

стыкового шва. Поэтому термин «усиление шва», применяемый иногда для обозначения местного утолщения шва, является со­ вершенно неправильным. Это необходимо подчеркнуть не только для упорядочения терминологии, но главным образом, потому что этот неправильный термин часто приводит к совершенно не­ верным представлениям о прочности сварного стыкового соеди­ нения и к ошибочным рекомендациям по усилению стыковых швов их чрезмерным утолщением. Это вызывает не только излиш­ ние производственные затраты, но может увеличить концентра­ цию напряжений и осложнить условия работы сварных соедине-

Рис. 3.15. Изменение коэффициента концентрации напряжений стыкового сое­ динения: а — в зависимости от высоты усиления; б — в зависимости от радиуса перехода

ний. Поэтому для конструкций, воспринимающих вибрационные нагрузки, подобное «усиление» в действительности может привести

кзначительному снижению прочности.

Всоединениях клепаных конструкций концентрация напря­ жений является более значительной, чем в сварном стыковом соединении (рис. 3.14). Поданным, полученным экспериментально, коэффициент концентрации напряжений для соединений с двух­ срезными заклепками достигает значения

k = -Н™*-= 5. аСр

В сварном стыковом соединении концентрация напряжений может быть значительно снижена или даже полностью устранена.

Результаты специальных исследований показали, что кон­ центрация напряжений в стыковом соединении зависит от формы шва, главным образом от формы поверхности участков перехода от шва к основному металлу. На рис. 3.15 приведены зависимости коэффициента концентрации напряжений от высоты выступа шва и от радиуса перехода. Уменьшение местных утолщений шва и обеспечение плавных переходов от шва к основному металлу яв­ ляются эффективными средствами снижения концентрации напря­ жений в стыковом соединении. Эти средства являются вполне до-