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

максимальным напряжениям, а по нижним, отвечающим эквива­ лентным напряжениям (рис. 119).

О спектрах эксплуатационных напряжений в сварных элементах экскаваторов можно судить по данным работы [43]. Исследовался од­ ноковшовый универсальный экскаватор Э-2005 с прямой лопатой ем­

та 4. Проволочные тензодатчики устанавливались в 46 точках стре­ лы, рукояти, ходовой рамы и задней стенки ковша. Напряжения регистрировались'на протяжении большого числа рабочих циклов,

f

Рис. 119. Нестационарность поездной нагрузки (схема):

которые включали процесс копания, поворот, разгрузку ковша и возврат в исходное положение. Статистическому анализу подверга­ лись данные измерений в наиболее напряженных точках. Распре­ деление переменных напряжений в наиболее нагруженных точках рукояти, стрелы и ходовой рамы приведены на рис. 120. В 80% случаев напряжение в рукояти находится между —120 и +600 кГ1смг, в то время как единичные максимальные напряжения могут приближаться к пределу текучести исходного материала (в данном случае применялась сталь 09Г2С).

Приведенные выше спектры напряжений, являющиеся, очевидно, представительными для подкрановых балок, кранов, пролетных строений железнодорожных мостов и экскаваторов, свидетельству­ ют о том, что наиболее часто повторяющиеся эксплуатационные нагрузки составляют только 0,4—0,6 принимаемых в настоящее время нормативных нагрузок для расчетов на усталость этих кон­ струкций. В этой связи открываются широкие возможности по уточнению расчета сварных соединений на усталость, особенно ка­ сающихся определения расчетных переменных напряжений.

Для мостов, кранов, подкрановых балок, радиомачт, экскава­ торов, вагонов и ряда других конструкций характерен нестационар­ ный режим нагружения со случайной изменчивостью как максималь­ ных а т а х , так и минимальных am i n напряжений или же переменной

характеристикой цикла т = . Р г ш п . Имеется несколько предложе-

Ошах

199

ний по приведению нестационарности такого вида к эквивалент­ ному стационарному режиму нагружения в расчетах на усталость

дить по одной достаточно продолжительной реализации. В качестве примера на рис. 121 показана осциллограмма переменных напря­ жений в узле крепления ванты радиомачты, которая может рассматри­ ваться в качестве такой реализации. Если разделить весь диапазон изменения напряжений (от самой высокой до самой низкой точки осциллограммы) на k уровней с одинаковыми промежутками меж­ ду ними и считать, что отах t отвечает уровню i или располагается между уровнями i и (i + 1), a am i n / соответствует уровню / или на-

Рис. 121. Осциллограмма переменных напряжении в узле крепления ванты радиомачты.

200

ходится между уровнями /' и (/* + 1), то любая последовательность Циклов такого процесса может быть представлена ||пг /|| матрицей, которая в координатах а т а х будет иметь вид

вый уровень может быть расположен как угодно относительно на­

появления таких циклов в процессе. С увеличением числа уровней уменьшается интервал Да между соседними уровнями и при Да ->- -»- 0 матрица, нормированная по полному числу циклов, пе­

ства процесса [140J. Зная зависимость общего числа циклов я от времени Т, можно определить количество циклов изменения напря­ жений от a m a x t до а т ( п / за это время:

лярной плоскости а т а х , 0, а ш 1 п , проходящей через прямую, прове­ денную через начало координат под углом arctg-^- к оси абсцисс,

получаем функцию плотности вероятностей появления циклов с эк­ стремальными значениями a m a x и а т 1 п / п р и постоянном коэффициен­ те асимметрии г = const. Эти циклы будут вызывать такое же уста­ лостное повреждение сварных соединений, какое наблюдается при обычных испытаниях на усталость при соответствующей характери­ стике цикла. В данном случае, используя гипотезу линейного на­ копления усталостных повреждений, можно определить накоплен­ ное относительное повреждение при данном коэффициенте асиммет­ рии Г). Проводя суммирование по всем встречающимся г, получаем

относительное усталостное повреждение сварного соединения в за­ висимости от времени эксплуатации конструкции

V V nU - V V П ( Г ) Ф ( g m a x i] ^ 1 Г 7 П

i "ii / ,• •• *"max i ' u m i n i>

При непрерывном распределении суммирование в формуле (71) заменяется интегрированием по области определения функции. В этом случае допустимый срок эксплуатации определяется из усло­ вия

Используя уравнение кривой усталости (44) и уравнение линии предельных напряжений (65), можно получить следующее выраже­ ние для определения числа циклов Ntj:

усталости Rr0, формулы для проверки на выносливость принимают следующий окончательный вид:

'а

вслучае непрерывного распределения

В

Зная функцию ПЛОТНОСТИ вероятностей Ф (am i n , am a x ) и зависи­ мость числа циклов п от времени Т, по формуле (74) или (75) нетруд­ но установить допустимую расчетную долговечность сварного со­ единения.

Предлагаемый метод позволяет сохранить в случае необходи­ мости традиционную форму расчета по эквивалентным напряжениям:

где а э — напряжение, эквивалентное по повреждающему действию

202