книги / Несущая способность сварных соединений
..pdf_ ( ° , s r e + j J _ ) ] . |
(2-12> |
При наличии в сварном соединении трещиноподобного дефек
соединения нечувствительны к дефекту.
Как показали экспериментальные исследования на моделях меха нически неоднородных сварных соединений с дефектом на границе сплавления твердого и мягкого металла размером (//£)*, ме ханическое поведение последних идентично поведению и харак теру пластического деформирования бездефектных соединений.
Рассмотрим влияние краевого дефекта на несущую способность сварных соединений (рис. 2.4). Для определения коэффициента контактного упрочнения сварных соединений с таким дефектомограничимся рассмотрением случая, когда основной металл не во влекается в пластическую деформацию, т. е. при /С„^4. Приведен ному случаю соответствуют выражения [170] для определения напряжений ау и ах:
% (ОЯ - х) + 2А„; |
(ОР - х), |
(2.14). |
п |
it |
|
где
О Р > х > О, О Я = ^ -— ?
Несущую способность рассматриваемых сварных соединений с краевым дефектом можно оценить по выражению (2.5), при этом-, коэффициент контактного упрочнения мягкой прослойки (шва)1 при наличии краевого дефекта К£ определяется из соотношения
(2.10) при значениях поправочной функции на местоположениедефекта
Для дефектов, расположенных на границе сплавления (см. рис. 2.5, в), функция ф на местоположение не зависит от размеров шва и дефекта и определяется степенью механической неоднород ности соединения:
Представляет интерес повышение степени механической неод нородности соединения Кп за счет применения присадочной про волоки с более высокими механическими характеристиками (пределом прочности crj) или относительной толщины шва % в
диапазоне значений х < к к. При |
увеличение |
относительной |
толщины шва нецелесообразно, |
поскольку, с одной |
стороны, уве |
личивается объем наплавленного металла, а с другой, не повы шается несущая способность соединения, которая остается на уровне, определяемом кк.
2.2.2. Квазихрупкое и хрупкое разрушение
Такие разрушения сварных соединений с дефектами происходят при средних напряжениях ниже предела текучести и оцениваются с помощью критериев механики разрушения бс, Kiс [27, 104, 129].
При анализе их предельно-равновесного состояния необходимо знать форму и размеры зоны локальных пластических деформаций. Согласно [1, 93, 109, 190], полосы текучести локализуются в зоне предразрушения вдоль некоторого слоя, направленного под углом к плоскости расположения дефекта (концентратора). Для плас тины с центральным трещиноподобным концентратором изменение напряженного состояния и характера пластического течения в
$ср |
&ср |
a |
S |
б |
Рис. 2.6. Кинетика |
развития течения |
пластины |
с трещнноподобным концентратором: |
|
|
а, б — соответственно |
стадия |
локальной текучестшг |
в — стадия |
общей |
текучести. |
зоне предразрушения в зависимости от уровня внешней нагрузки представлено на рис. 2,6. Разрушение может произойти до на ступления стадии общей текучести, если в вершине концентратора выполняется критическое условие 6 = 6 С или Ki^Krc.
Данные о форме и размерах зоны предразрушения необходимы для математического описания условий автомодельности в окре стности вершины трещиноподобного концентратора. Угол наклона локальных слоев текучести 0 рассчитывают из максимума раз-
Рис. 2.7. Модель локальной текучести в окрестности вершины дефекта (а) и ориентация слоя локальной текучести в эле ментарном объеме (б) (ПС — пластический слой; УО — упругие области).
мера пластической зоны [3] или из предложения, что пласти ческое течение осуществляется в направлении действия макси мальных касательных напряжений [93]. В обоих случаях не учитываются особенности образования локальных слоев текучести в условиях сложного напряженного состояния. Так, в [126] показано, что наклон полос текучести по отношению к вектору главного напряжения <Х] (рис. 2.7) определяется видом напря женного состояния. Угол наклона полос локальной текучести в зоне предразрушения 0 зависит также от коэффициента попе речной деформации материала ц и деформационного упрочнения [175]. Для тонких пластин выражение для 0 имеет вид
0 = - arccos |
(2.23) |
2 |
+ Н* ) |
Для толстых пластин, в которых в окрестности вершины де фекта реализуются условия плоской деформации,
1 |
Г |
3 (2[i —1)TQ |
(2.24) |
|
9 = - arccos |
|
— — i- f — |
h ____ I |
|
2 |
L 2 (1 -f- к-) Ч- (1 — |
да./дв, |
||
где т) — относительная степень упрочнения материала, к\ — - - ■■-
Лв влияние мягкого металла, находящегося в объемном напря женном состоянии, на твердый нивелируется и неупругое деформированние твердого металла подчиняется основным закономерно стям пластического деформирования однородного материала.
Отличительной особенностью полей линий скольжения в пре делах первого диапазона изменения углов 0Т является смещение точки А2 (точки максимальных главных напряжений aimax), находящейся на расстоянии рс от вершины дефекта N, по гра нице сплавления с ростом степени механической неоднородности соединения /Св. На границе первого и второго диапазонов (при Кв=2,7) pc.pcmax=ptg0M=2,2p. Во втором диапазоне изменения углов 0Т точка максимума напряжений oimax смещается с ростом
Кв в противоположном направлении в пределах |
от рСтах До р |
(см. рис. 2.9, в). В связи с этим построение поля |
линий сколь |
жения в окрестности вершины дефекта в данном диапазоне изме нения угла 0Т имеет некоторые особенности. Во-первых, по изве стному значению 0Т (соответствующему Кв) определяется значение фиктивного угла фм. соответствующее величине угла для первого диапазона (см. рис. 2.10). Этот угол определяет положение точки А2 на границе сплавления. Поворот линий скольжения в мягком металле осуществляется от точки А2 по дуге центрированного поля на угол фм—ф*.ь Согласно [88], в точках Л* зароджуються микротрещины, являющиеся очагами разрушения. Для реальных размеров радиуса в вершине дефектов рсшах^гр (где гр — размер пластической зоны) точка Л,- настолько приближена к вершине дефекта, что инициация микротрещины практически начинается непосредственно в вершине концентратора, а пластическое те чение в окрестности вершины дефекта сосредоточено в узких полосах (совпадающих с линиями скольжения АС и AF), распо ложенных под углами 0т и 0м к границе сплавления соответственно в твердом и мягком металлах. Такая модель, с одной стороны, учитывает особенности механического поведения неоднородных со единений с дефектом на границе сплавления, а с другой, является обобщением модели локальной текучести для однородных тел с трещинами [76, 129].
Анализ несущей способности сварных соединений с дефектом на границе сплавления мягкого и твердого металлов в условиях квазихрупкого (хрупкого) разрушения для случая плоской де формации выполнен с применением бс — критерия [76]. Согласно данному алгоритму, полосы локальной текучести заменяли допол нительными разрезами, к берегам которых прикладывали нормаль ные и касательные усилия OQ, сг^ и , т^, что позволило свести упругопластическую задачу к упругой, причем в последней кон центратор представлен в виде щели с дополнительными наклон
ными прорезями в вершине (рис. 2.11). |
o']1, t j , |
действующие |
Внутренние силовые факторы |
на берегах дополнительных разрезов, равны компонентам напря женного состояния на линиях скольжения АС и AF (см. рис. 2.11) :
