книги / Несущая способность сварных соединений

Как видно из (3.2), полученное выражение не учитывает влияния геометрии лобового шва на напряженное состояние вблизи вершины дефекта, а также смешанного типа нагружения в данной области.

Для нахлесточных соединений [102] при произвольном на­ правлении нагрузки Я» и Voo , а также появляющегося момента М х приведены выражения для описания поля напряжений вблизи вершины непровара:

При растяжении соединений с двумя симметричными наклад­ ками при Р00= М Х= 0 , как следует из (3.3), напряженное со­ стояние в окрестности вершины непровара определяется только одним параметром /Си, хотя в действительности имеет место смешанный тип нагружения.

В [9, 10, 13] предложенные методики расчета прочности свар­ ных соединений с угловыми швами не учитывают ряд важных па­ раметров и моментов, которые в значительной степени оказывают влияние на их сопротивляемость хрупким и квазихрупким разру­ шениям. К ним следует отнести радиус в вершине непровара, ко­ торый может быть на порядок больше радиуса усталостной тре­ щины, глубину проплавления присоединяемых пластин, развитые пластические деформации в окрестности вершины непровара и др.

3.1.1. Вязкое разрушение

Из существующих аналитических и расчетных методов решения пластических задач наиболее удобным для анализа несущей спо­ собности сварных соединений с угловыми швами является метод, основанный на кинематической теореме предельного равновесия [158].

На рис. 3.2 представлены расчетные схемы оценки несущей спо­ собности тавровых и нахлесточных соединений с угловыми швами, отвечающие экспериментальным данным [1 1 , 1 2 ] по характеру пластического деформирования и напряженному состоянию. В со­ ответствии с этими схемами в предельном состоянии очаг пласти­ ческого деформирования представлен упрощенными линиями скольжения ОАь направленными под некоторым углом Bi к оси х и совпадающими с плоскостью вязкого разрушения. В результате установлено [181], что углы наклона поверхности разрушения 0 ,- непосредственно зависят от геометрических параметров: угла на­ клона лобовой грани шва (J, глубины проплавления пластин А и площади (объема) наплавленного металла F. В частности, для тавровых соединений наблюдаются три диапазона изменения уг­

лов 0j, .характеризующихся выходом разрушения-на свободную (боковую) поверхность соединения (точка А ) по отношению к. вершине углового шва С (см. рис. 3.2).

Для нахлесточных соединений характерны два диапазона. В первом случае плоскость разрушения проходит по сечению шва, во втором — через точку перехода углового шва к основному метал* лу (см. рис. 3.2, г., д) .

Исходя из баланса мощностей внутренних и внешних сил по­ лучено выражение для оценки несущей способности (средних пре­

дельных напряжений) <тСр рассматриваемых соединений с угловы­ ми швами:

,<3.4>

I / O ~р

где 1 . — относительная площадь наплавленного металла

(В — толщина пластины); Клр — коэффициент, зависящий от геометрических параметров соединений.

Выражение для определения К тщ в общем виде

для тавровых соединений

sin р

К•Т]Р (3.5)

V tg£ /sin(P+ejsinG/

для нахлесточных соединений

мых пластин.

Для тавровых соединений в зависимости от диапазона измене­ ния углов 0^ выражения для определения коэффициента Клр имеют -вид

Р

где р* и р** — граничные значения угла р, определяемые выраже­

ниями

g

Для нахлесточных соединений с угловыми швами выражения для KTJP имеют вид

где р* — граничное значение угла р, определяемое из соотношения (ЗЛО)

Зависимости угла вязкого разрушения от относительной глу­

бины проплавления стенки тавра или нахлестки ц= Y 2 F Н ^ГЛа

to*

фланговыми швами [184], нормативный метод расчета является заниженным. Это связано с выбором в качестве расчетного на­ именьшего по длине шва сечения, лежащего в одной плоскости. В [23] показано, что разрушение фланговых швов происходит по ха­ рактерному сечению, не совпадающему с расчетным и имеющему изогнутую поверхность (рис. 3.4). При этом экспериментальные данные о напряженно-деформированном состоянии фланговых швов, выполненных ручной дуговой сваркой [47], показали, что

поверхность разрушения является криволинейной и проходит че­ рез катет, передающий нагрузку.

Теоретический анализ статической прочности сварных соедине­ ний с фланговыми швами выполнен с использованием кинематиче-

Рис. 3.4. Схема соединения с фланговыми швами (а), факти­

ческая OAA\Oi и принятая по нормативному расчету [151] 0NN\0\ поверхности разрушения (б) и развертка их на плос­

кость (в).

Ж