Концентрация напряжений в паяных швах. В паяных швах возникает Концентрация напряжений, оказы­вающая заметное влияние на

В паяных швах возникает Концентрация напряжений, оказы­вающая заметное влияние на работоспособность всего соединения. Рассмотрим распределение напряжений в стыковом паяном шве —

тонкой мягкой прослойке с пре­делом текучести, меньшем, не­жели у основного металла. Мо­дуль упругости мягкой прослой­ки также меньше модуля упру­гости основного металла, поэто­му она обладает повышенной деформируемостью.

Рис. 2.62. Напряжения в мягкой про­слойке стержня под действием растя­гивающей силы в зоне пластических деформаций

Исследования, основанные на уравнениях теории упругости и пластичности, показали, что на контактных плоскостях и в зоне мягкой прослойки возни­кает сложнонапряженное состо­яние при работе ее в пределах пластических деформаций. Оно повышает σ _т и σ _в.

Рассмотрим работу стыко­вых паяных соединений элемен­тов с круглым поперечным се­чением. В зоне пластических деформаций в мягкой прослойке образцов, нагруженных продольной силой, образуются напряже­ния (рис. 2.62): σ _г — вдоль оси образца, σ_р— в направлении ра­диуса, a_t — по направлению касательной, т_рг — в кольцевых поверхностях.

Из теории пластичности следует, что наибольшие напряжения образуются на контактных плоскостях. Если модули упругости основного металла и мягкой прослойки близки между собой, то напряжения на контактных плоскостях определяются уравне­ниями

(2.105) (2.106)

где σ _т—предел текучести металла прослойки при одноосном на­пряженном состоянии; R — радиус цилиндрического образца; р — радиус, определяющий положение точки в образце; s₀ — толщина прослойки.

Наибольшие значения напряжений достигаются на оси элемента, т. е. при р = 0. С уменьшением толщины прослойки Sq напряже­ние резко увеличивается. Теоретически показано, что малое значе­ние модуля упругости прослойки E_просл по сравнению с модулем упругости основного металла Е_асищет способствует повышению прочности и понижению пластичности стыкового паяного шва.

О I 2 3 k ZGf ES₀

Рис. 2.63. Распределение т в паяном со­единении в пределах упругих деформа­ций

Рис. 2.64. Коэффициенты кон­центрации напряжений сс_о в паяных соединениях внахлестку в зависимости от 2Gs/(Es₀).

Иная картина наблюдается в паяных соединениях нахлесточного типа, наиболее распространенного в изделиях. Распределение касательных напряжений т по длине нахлестки в направлении действия сил происходит неравномерно и в значительной степени аналогично условиям работы сварных фланговых швов. Для соеди­нения двух деталей с равными площадями поперечных сечений F = sb (рис. 2.63) наибольшее значение усилия q_max на единицу длины паяного шва в концевых точках определяется уравнением

qmах = (αP/2) [(1 + ch αl/(sh αl], (2.107)

где

α = √ 2Gb/(EFs₀); (2.108)

G — модуль упругости металла паяного шва при сдвиге; Е — модуль упругости основного металла при растяжении; s₀ — толщина мяг­кой прослойки; Ь —ширина шва; I — длина шва; s — толщина основного металла.

Если из условия статической равнопрочности паяного шва (основному металлу принять σ — 2т и I = 2s, F = sb, то

Коэффициент концентрации напряжений в паяном шве

ασ =q_max /q_о=αp/[(1+chαl)/(shαl)]/2p=αl[(1+chαl)/(shαl)]/2 -(2.110)

Коэффициент ασ определяют в значениях функции от 2Gs/(F-Sq)
(рис. 2.64). Чем меньше отношение G/E, тем соответственно Меньше
коэффициент концентрации. ^:

Преимуществом паяных швов является возможность образовав ния пластических деформаций в нахлесточных паяных соединениях, сопровождаемых снижением напряжений в крайних точках соеди­нений и выравниванием эпюры напряжений по длине соединения.

При сопоставлении значений концентраций напряжений в пая­ном и сварном нахлесточных соединениях, состоящих из двух лобовых швов, коэффициенты концентрации напряжений высоки в обоих случаях, но при пайке они ниже. Это обстоятельство объяс­няется более рациональной конструктивной формой паяного соеди­нения по сравнению со сварным.

ГЛАВА 3 МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЯ

Дата добавления: 2015-07-08