Файл: Труфяков, В. И. Усталость сварных соединений.pdf

В сварных элементах и образцах усталостные трещины чаще всего зарождаются по линии сплавления шва с основным металлом. На рис. 3 показаны примеры типичных усталостных разрушений стыковых и нахлесточных соединений. Трещины располагаются под прямым углом к поверхности пластин. Это указывает на то, что их развитие связано с влиянием нормальных напряжений. Опре­ деление концентрации напряжений в указанных местах представля­ ет наибольший интерес.'

Распределение напряжений в сварных соединениях изучалось расчетным путем [47, 101, 102, 106, 257], экспериментальным — тензометрированием моделей [98, 102] — и поляризациоино-опти- ческим методом [117, 125, 165, 202— 204]. Большинство исследований выполнено в начале 30-х годов.

Многие из них не потеряли своей ценности. Тем не менее наиболь­ ший интерес представляют иссле­ дования последнего времени, в ко­ торых распределение напряжений оценивается не только в упру­ гой, но и в пластической области, устанавливаются закономерности изменения а а от параметров со­ единения, расчетные значения со­ поставляются с данными замеров.

Ниже наряду с кратким изло­ жением этих работ приводятся ре­

зультаты экспериментального определения концентрации напряже­ ний в моделях, отвечающих сварным образцам, испытанным на ус­ талость с целью получения зависимости o_i = / (аа ) и сопоставле­ ния ее с ранее установленной для пластин с выточками.

Известно, что наименьшую концентрацию напряжений создают стыковые соединения, наибольшую — нахлесточные с фланговыми швами. В работе [165] коэффициенты концентрации стыковых со­ единений определялись поляризационно-оптическим методом на про­ зрачных моделях, изготовленных из эпоксидной смолы ЭД6-М. Модели были двух видов: точно повторяющие профиль испытанных образцов (рис. 4, а); упрощенные с различными радиусами перехо­ да шва и произвольными соотношениями высоты и ширины усиле­ ния (рис. 4, б). Идентичность моделей первого вида и шаблонов, вырезанных из реальных соединений, проверялась сопоставлением их конфигураций при 20-кратном увеличении с помощью спектраль­ ного проектора ПС-18.

Для изучения напряженного состояния моделей использова­ лись поляризационные установки «Меорта» и КСП-5. Коэффициен­ ты концентрации определялись в точках перехода усиления к пла­ стине при чистом изгибе и растяжении. Полученные значения коэф­ фициентов концентрации в зависимости от параметров усиления

9

Т а б л и ц а 2. Коэффициенты концентрации напряжений стыковых соединений, установленные поляризационно-оптическим и расчетным методами

•И высоты пластины приведены в табл. 2. В той же таблице даны зна­ чения а а , подсчитанные по формуле, предложенной Д. И. Навро­ цким 1101]. Заменив усиление шва эквивалентным действием сил, приложенных к поверхности пластины, автор, используя извест­ ные решения теории упругости, получил следующее выражение для определения теоретического коэффициента концентрации на­ пряжений в стыковых соединениях:

10

Как видно из табл. 2, коэффициенты концентрации напряжений, установленные экспериментально при изгибе и растяжении, практи­ чески одинаковы. Значения а „ , полученные расчетным путем, близ­ ки к экспериментально установленным, если отношение высоты

усиления к ширине шва - у - < 0,35. При больших значениях — рас­ хождения между экспериментальными и расчетными а а заметно возрастают (рис. 5, а ) . Расчетные значения достаточно точно отра-

жают зависимость коэффициента концентрации от радиуса перехо­

соединениях, выполненных ручной и автоматической сваркой, не от­

Вто же время в работе [235] указываются и большие значения.

Внахлесточных соединениях с фланговыми швами распределе­ ние напряжений в упругой и пластической областях изучалось ана­ литически методом конечных элементов [229]. Исследования выпол­

ны. Во всех моделях сохранилось условие равнопрочности основной и прикрепляемой пластин (b^ = b2t2 = const), а катет углового шва равнялся толщине прикрепляемой пластины. Длину нахлестки определяли исходя из условия превышения расчетного сечения шва над площадью сечения пластины в 1/3 раз.

11

Для анализа напряженного и деформационного состояний рас­ четные модели (рис. 6) разделялись на треугольные элементы в пред­ положении передачи усилий в их вершинах. Для определения кри-

Масштаб

О10 20 30 АО 50 им

Рис. 6. Вид соединения и расчетная модель.

терия текучести в случае плоского напряженного состояния исполь­ зована теория Мизеса:

которое для линейного приращения может быть представлено в сле­ дующем виде:

12