ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.04.2024
Просмотров: 202
Скачиваний: 0
чести. Тогда при последующем увеличении основного параметра
от е[р) (0,0) |
до его нормального значения деформированные (на |
|||||
пряженные) состояния оболочек І |
н II останутся неизменными и |
|||||
определятся |
формулами |
(8.129), |
(8.131) |
при том |
же значении |
|
е[р) (0,0) параметра а ( Т к |
— Т 0 ) . |
|
|
|
||
Опытами, |
46. НЕКОТОРЫЕ ОБЩИЕ ЗАМЕЧАНИЯ |
|
||||
|
изложенными в гл. 6, доказано, что уменьшением |
|||||
разности Т к |
— Т 0 |
за счет повышения |
начальной |
равномерной |
||
температуры |
Т0 |
свариваемых элементов |
можно управлять как |
|||
необратимыми изменениями механических свойств основного ме талла зоны шва, так и сварочными деформациями и напряжениями для металлов, температуры объемных превращений которых выше их температуры Тк, где Тк — температура, при которой данный металл теряет свою способность сопротивляться пластическим деформациям. Геометрия соответствующей изотермической по верхности Тк предельного состояния нагрева при сварке опре деляется формой и размерами свариваемых элементов, мощностью источника нагрева и скоростью его перемещения, теплофизическими характеристиками металла (гл. 2). Отсюда следует, что разность Тк— Т0 для металлов этого класса, свободных от на чальных макронапряжений, является определяющим параметром рассматриваемой проблемы. На основе результатов опытов, изло женных в гл. 6, сформулированы основные допущения и гипотезы приближенной теории. Основная гипотеза этой приближенной теории утверждает, что активную пластическую деформацию сжатия а ( Т к — Т ? ) получают все элементы, оказавшиеся внутри изотермической поверхности Тк предельного состояния нагрева в тех направлениях, в которых температурное расширение была несвободно. Указаны приближенные способы учета пластических деформаций зоны, где в предельном состоянии нагрева Т < Г к (п. 31). Более общим из них является первый способ, в соответ ствии с которым активная пластическая деформация сжатия между огибающими изотермических поверхностей Тк и Ту пре дельного состояния вдоль нормали к ним изменяется по линей ному закону.
Основная гипотеза справедлива в тех случаях, когда попереч ные размеры изотермических поверхностей Тк предельного со стояния нагрева малы по сравнению с теми размерами сваривае мых элементов, которые обеспечивают их жесткость, стесняя тем пературное расширение зоны интенсивного нагрева. Примени мость приближенной теории ограничена этим классом задач.
При сварке гибких элементов, особенно из металлов с боль шим коэффициентом теплопроводности (п.9) перемещения точек областей, где в предельном состоянии нагрева Т < Тк, могут привести к изменению формы свариваемых элементов и вели чины активной пластической деформации зоны, где Т > Тк.
В таких случаях необходимо сначала найти перемещения точек свариваемых элементов, вызываемые температурным полем обла
стей Т < |
Тк, |
и получить оценку, насколько эти перемещения |
изменили |
величину активной пластической деформации зоны, где |
|
Т $г Тк. |
На |
основе сформулированных основных допущений и |
гипотез предложены два метода решения задач по определению приближенных значений сварочных деформаций и напряжений. Второй метод (метод сшивания) может быть использован для опре деления приближенных значений сварочных деформаций и на пряжений в случае одномерных, двумерных и трехмерных задач. Круг применимости первого метода не ограничен, и задачу опре деления приближенных значений сварочных деформаций и на пряжений он сводит к стационарным температурным задачам деформируемой среды с температурными полями мгновенного охлаждения, причем здесь возникают более сложные задачи макро дислокаций, нежели дислокации Вольтерры [68].
В этом методе дано применение приближенной теории к реше нию ряда простейших задач по определению сварочных деформа ций и напряжений. В некоторых случаях — опытная проверка теоретических результатов показала, что приближенная теория дает удовлетворительные количественные результаты.
Приближенная теория применима к определению сварочных напряжений в сварных соединениях из любого материала, который при местном сосредоточенном нагреве до достаточно высоких тем ператур способен перейти в этой зоне в чисто пластическое со стояние. Она в отличие от других теорий не связана с гипотезой плоских сечений. Эта теория применима к'одномерным, двумерным и трехмерным задачам, позволяет учитывать необратимые изме нения механических свойств основного металла зоны сварного шва, применима к решению задач о сварочных деформациях и напряжениях в элементах, на деформации которых наложены
внешние связи, и в элементах, |
имеющих |
пересекающиеся швы. |
С помощью разработанной в гл. 8 приближенной теории ре |
||
шен ряд задач по определению |
сварочных |
напряжений и дефор |
маций в следующих металлических конструкциях: в плоских полосах, сваренных продольным швом; балках таврового сечения
при |
сварке их |
стенок |
и полок продольным швом; балках, сва |
|
ренных поперечными |
швами, круговом диске и круговом |
кольце |
||
при |
наплавке |
валика |
на кромку, плоских листах при |
заварке |
заклепочных отверстий и вварке заплатки; в цилиндрических трубах при их стыковке поперечным швом; в сферических обо лочках при сварке встык и внахлестку сферических заплаток; в конструкциях при стыковании цилиндрической трубы со сфе рическим днищем и др.
На практике нередко применяются многослойные швы. Но известно, что многослойный шов вызывает увеличение остаточных сварочных деформаций и напряжений лишь в том случае, когда последующие слои вызывают увеличение ширины зоны пласти-
2115 |
249 |
ческих деформаций нагрева (см. стр. 217 в работе [74]). При за данной геометрии свариваемого изделия и заданном режиме сварки каждого слоя, используя теорию в работе [103], всегда можно найти огибающие изотермических поверхностей Тк и Ту, что дает возможность применить приближенную теорию к определе нию остаточных сварочных напряжений и деформаций в соеди нениях с многослойными швами с учетом усиления. Таким обра зом, в каждом конкретном случае задачу определения сварочных деформаций (напряжений) приближенная теория сводит к обыч ным задачам исследования упруго-пластических деформаций стержней, пластин и оболочек, для решения которых можно использовать все современные аналитические или численные ме тоды. Кроме указанных выше ограничений, приближенная теория обладает двумя недостатками. Она не описывает весь процесс
возникновения, развития и становления |
сварочных деформаций |
|
и напряжений. Она, как и другие теории, |
не учитывает |
влияния |
неодновременности наложения шва. Попытка учета |
влияния |
|
этого фактора впервые была сделана в работе [64]. |
|
|
Глава 9
В Л И Я Н И Е С В А Р О Ч Н Ы Х Н А П Р Я Ж Е Н И Й Н А П Р О Ч Н О С Т Ь С О Е Д И Н Е Н И Й И К О Н С Т Р У К Ц И Й
47. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ ЗАМЕЧАНИЯ
Приближенная теория в каждом конкретном случае позволяет определить поле остаточных сварочных напряжений (деформаций) с учетом неоднородности материала зоны шва. В зависимости от геометрии свариваемых элементов эти поля могут быть близкими либо к одномерным, либо могут быть двумерными или трехмер ными. В важной для практики проблеме оценки влияния оста точных сварочных напряжений на прочность соединений и кон струкций не существует единого мнения. Некоторые исследова тели [83, 84] * придерживаются точки зрения, что «. . . внутренне уравновешенные сварочные напряжения не снижают эксплуата ционной прочности сварных конструкций из пластического мате риала ни при статической, ни при вибрационной и ударной на грузках». Некоторые другие исследователи придерживаются мне ния, что остаточные сварочные напряжения при определенных условиях оказывают существенное влияние на статическую и динамическую прочность, на устойчивость и коррозионную стой кость конструкций [2, 9, 27, 51, 52, 54, 108, 111, 115, 126, 131—137].
Сварочные напряжения, как и любые другие напряжения, при определенных условиях будут оказывать влияние на прочность соединения и конструкции. Известно, что металл пластичный в одних условиях, может перейти в хрупкое состояние в других условиях. Например, сталь, обладающая достаточно высокой пластичностью при статическом осевом растяжении в нормальных условиях (нормальная температура, отсутствие облучения и аг рессивной среды), может перейти в хрупкое состояние даже при нормальных условиях при напряженных состояниях, близких к всестороннему равномерному растяжению. Она может перейти в хрупкое состояние даже при осевом растяжении в условиях пониженных температур, агрессивной среды или облучения.
,Поэтому в каждом конкретном случае необходимо найти закон распределения и величины остаточных сварочных напряжений
*Это утверждение повторяется и в последующих работах [70, 71).
с учетом краевых условий и неоднородности металла зоны шва (гл. 4) и из ряда вариантов конструкции выбрать тот вариант, где при действии заданной системы внешних сил данного харак тера действия во времени и заданных внешних условиях материал может наиболее полно использовать свои пластические свойства.
В настоящее время не существует общей теории прочности для элементов конструкций, имеющих начальное неоднородное поле упруго-пластических деформаций (напряжений), работающих как в нормальных условиях, так и в условиях пониженных темпе ратур, облучения или коррозионной среды. Если бы такая теория существовала, то она дала бы возможность получить оценку влия ния на прочность начального неоднородного поля деформаций (напряжений), возникшего в результате сварки и остывания, опре деляемого приближенной или другими теориями. Отсутствие такой общей теории прочности вынуждает использовать непо средственный эксперимент по изучению влияния остаточных сва рочных напряжений на прочность конструкций. Но из этого не следует, что изучение полей сварочных деформаций (напряжений) и изучение их влияния на прочность должны проводиться в отрыве друг от друга.
Указанные выше две точки зрения по проблеме влияния оста точных сварочных напряжений на прочность базируются на опыт ных данных. Рассмотрим результаты этих опытов по отдельным разделам.
48.ВЛИЯНИЕ ОСТАТОЧНЫХ СВАРОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ НА ПРОЧНОСТЬ ПРИ СТАТИЧЕСКОЙ НАГРУЗКЕ
Исследования показали [114], что в силу неоднородности металла зоны сварного шва и концентрации определенно ориенти рованных сварочных напряжений в этой зоне, деформируемость и несущая способность сварного соединения при растяжении и изгибе зависят от ориентировки направления внешней силы по отношению к шву. Это подтверждается результатами опытов и других авторов. Например, в работе [95] приведены результаты
испытания |
на |
растяжение полосы |
исходного |
материала |
(рис. 51, а) |
и таких же полос с поперечными валиками, наложен |
|||
ными в соответствии со схемой (рис. 51, б). |
В силу местного упроч |
|||
нения основного |
металла в зоне каждого из этих |
валиков, а |
||
также концентрации напряжений в этих зонах, пластические де формации образца с валиками могли происходить лишь за счет более пластичного основного металла между валиками, что при вело к разрушению путем образования нескольких зон местных пластических деформаций (шеек) в пределах рабочей длины об разца (рис. 51, б) и к тому, что при растяжении образцов дефор мации были в сварных образцах значительно больше, чем в образ цах без наплавленных валиков. Этот результат не может быть обобщен на другие случаи взаимного расположения швов и их