Распределение напряжений в стыковых швах

В стыковых соединениях с обработанными гладкими поверх­ностями швов, не имеющих внутренних дефектов — непроваров, трещин, пор, шлаковых включений, напряжения от продольной силы распределяются по поперечному сечению соединяемых эле­ментов равномерно и определяются по формуле

σ = P/(l/s). (2.80)

Когда поверхность имеет форму, показанную на рис, 2.47, а, распределение напряжений по сечению становится неравномерным. На рис. 2.47, б показано распределение напряжений в стыковом соединении при 2v = 13мм и ∆s = Змм (рис. 2.47, а). Зоны шва, сопря­гаемые с основным металлом, испытывают концентрацию напряже

ний. Средние напряжения на оси шва несколько меньше напряже­ния в основном металле вне соединения.

Теоретическим путем установлено, что концентрация напряже­ний в зоне стыкового шва может иметь три причины:

1. Концентрация напряжений, определяемая очертанием шва.

Назовем этот коэффициент концен­трации коэффициентом формы α_ф. Он зависит от величины

m = Uv; (2.81) (2.81)

U = √(Δs + s)/[(Δs²)s], (2.82)

где s — толщина соединяемых эле­ментов; Δs—утолщение в зоне шва; v — полуширина шва (рис. 2.47, а).

Когда т ≤ 3, коэффициент формы шва

α _ф =f(v/p)n (2.83)

Рис. 2.47. Распределение напряже­ний в стыковом шве

где вид функции f (v/ р) приве­ден на рис. 2.48; р — радиус за­кругления в зоне сопряжения шва с основным металлом (он опре

деляется непосредственным измерением); n является функцией т (рис. 2.49).

При т > 3 ц ≈I (рис. 2.49) и коэффициент формы

α_ф = f(v*/р) (2.84)

где v* = 3/U.

Пример. Стыковое соединение листов s = 30 мм. Шов имеет As = 3 мм. Ширина шва 2v — 30 мм. По данным замеров, р= 0,3 мм.

По формуле (2.82) определяем U = 0,35 мм"¹. По формуле (2.81), т= 5,2. Коэффициент n при этом равен 1,0. Тогда у* = 3/U = 8,5 мм. Отношение v/р ~ = 8,5/0,3= 28. f(v/p) = 2 (см. рис. 2.48). Таким образом, по формуле (2.83), а* — 2.

2. Концентрация напряжений в стыкуемых элементах вследст­вие смещения кромок соединяемых деталей (рис. 2.50, а). Обозна­чим этот коэффициент концентрации α_См. Он равен

где ε = Δ/s, Δ — размер смещения кромок; s —толщина свари­ваемых элементов.

3. Концентрация напряжений в результате местного изгиба, вызываемого остаточной деформацией при сварке, определяемой величинами Сиу (рис. 2.50, б).

Коэффициенты концентрации характеризуют распределение на­пряжений лишь при работе соединения в пределах упругих дефор­маций. В тех случаях, когда результирующая деформация е_рез превышает е_т, рост напряжений в соединении прекращается и происходит их выравнивание. Концентрация же деформаций про­должает увеличиваться до момента разрушения.

Рис. 2,49. Зависимость ц(т) Рис. 2.50. Депланация (а)

и изгиб стыкового шва (б)

Концентрация напряжений, возникающих в зоне пор, имеет пространственный характер. Как показывают теоретические рас­четы, коэффициенты концентрации напряжений возле сферических пор в 1,5 раза меньше концентрации в зоне цилиндрических отвер­стий того же радиуса и положения относительно поверхности.

Стыковые швы при всех видах сварки — дуговой, контактной, электроннолучевой — являются оптимальными с точки зрения кон­центрации напряжений. При доброкачественном технологическом процессе, отсутствии пор, непроваров, включений, смещения кро­мок, при доведении до минимума остаточных местных сварочных деформаций и, наконец, что особенно важно, при рациональном очертании швов, их плавных сопряжениях с основным металлом результирующий коэффициент концентрации напряжений может быть сведен до значений, близких к единице. В других типах сое­динений такой результат получить практически невозможно.

Дата добавления: 2015-07-08