Расчет прочности сварных соединений с учетом концентраторов напряжений взаимосвязан также с большими трудностями, дополнительно осложняемыми неоднородностью свойств. Твердые и мягкие прослойки в сварном соединении при большой стадии различия их свойств также могут рассматриваться как концентраторы. В последние годы интенсивно разрабатываются методы расчета работоспособности сварных соединений с прослойками.
При расчете прочности сварных соединений допускаемое напряжение на металл шва принимается равным допускаемому напряжению на основной металл. При расчете прочности сварных соединений надлежит помнить, что определяются только рабочие напряжения. Связующие напряжения, значительные по величине, равны напряжению в основном металле. При расчете прочности сварных соединений надлежит помнить, что расчет касается исключительно определения рабочих напряжений. Связующие напряжения, значительные по величине, равны напряжению в основном металле. При расчете прочности сварных соединений строительных конструкций разрешенных напряжения и соответственно расчетные сопротивления задаются определенной величиной в отличие от расчета машиностроительных конструкций, где они принимаются в процентном отношении к соответствующим характеристикам основного металла. При расчете внутренние (собственные) напряжения в швах не учитываются в отличие от рабочих напряжений. Для уточнения применяющегося расчета прочности сварных соединений и более полной оценки их работоспособности, могут быть применены также результаты испытания сварных соединений ударной и вибрационной нагрузками. IV формулы для расчета прочности сварных соединений, которыми конструкторы применяются в повседневной работе, являются условными. В действительности распределение усилий в сварных соединениях значительно сложнее. Международный институт сварки советует некоторые методы расчета прочности сварных соединений и конструкций.
Расчеты составлены на основе экспериментов, проведенных главным образом голландскими учеными по изучению механических свойств швов под действием нормальных и касательных напряжений. Построены диаграммы, характеризующие прочностные свойства при нормальных сжимающих, срезывающих и нормальных растягивающих напряжениях. Особое внимание при этом уделено расчету угловых швов. В работе разработана методика расчета прочности сварных соединений со смещением кромок в условиях вязкого, квазихрупкого и хрупкого разрушения.
Расчетные методы подтверждены экспериментально на модельных и натурных сварных соединениях.
Принятые в практике методы расчета прочности сварных соединений приближенны. Они вносят возможность получить решение с меньшей затратой времени, однако нуждаются в дополнительной корректировке, основанной на опыте, накопленном в процессе изготовления, эксплуатации и экспериментальной отработки конструкций.
Формулы для расчета прочности сварных соединений, которыми конструкторы пользуются в повседневной работе, являются условными. В действительности распределение усилий в сварных соединениях значительно сложнее [1].
С 1979 года в США при расчетах прочности сварных соединений автодорожных мостов под усталостными нагрузками (AREA), ж/д мостов (AASHTO), а также всех прочих конструкций действуют нормы Structural Weliliu Code Американского общества сварщиков. Согласно этому коду для всех сталей с пределом текучести до 690 МПа при циклических нагружениях допускаемые напряжения в сварных конструкциях назначаются в зависимости от вида соединений и ожидаемого числа нагружений. Подобно тому, как это предусмотрено в СНиП-72 [2], все соединения разделены на группы А, В, С, D, Е, где А – основной металл; В – швы в соединениях встык, а также стыковые швы, приваривающие планки к поясам (при радиусе сопряжения г 60 мм); С – то же при радиусе 15-60 мм; D – то же при радиусе г 15 мм; Е – сварные угловые швы.
Существующие методы расчета на прочность не учитывают фактора механической неоднородности. Между тем, в большинстве случаев разрушения сварных соединений аппаратов происходят в области твердых, охрупченных участков зоны термического влияния. Следует также помнить, что локальный сварочный нагрев приводит к возникновению остаточных напряжений, способствующих повышению уровня напряженности металла.
Основной причиной, тормозившей развитие электросварочного дела, было недоверие к прочности сварных соединений и сомнение в возможности получения с должной гарантией сварных стыков, не уступающих по своей прочности клепаным. Эта неуверенность в прочности сварных швов была главным возражением против решительной и смелой замены заклепок сваркой. Этому способствовало также отсутствие установленных и принятых практикой методов расчета и норм, недостаточная четкость установления влияния различных факторов, сопровождающих процесс сварки, на качество швов и т. д. Прочность при соединении укрепляющих элементов к барабану или камере должна быть проверена расчетом. Сварной шов рассчитывается на срез при допускаемом напряжении, равном 70% от допускаемого напряжения при растяжении. При присоединении укрепляющих деталей автоматической сваркой под слоем флюса или другим методом, обеспечивающим глубокое проплавление листа, расчетная высота шва принимается равной его катету.
Приведенный выше инженерный метод расчета малоцикловой прочности в номинальных напряжениях требует достаточно сложных экспериментальных исследований на натурных узлах и соединениях конструкций в зависимости от целого ряда факторов вида и способа нагружения, характеристик цикла, температуры, технологии изготовления и т.п. В связи с этим упомянутый выше расчет по местным деформациям является более универсальным, так как он основан на результатах испытаний лабораторных образцов, используемых для оценки прочности конструкций в зонах концентрации напряжений. Употребление деформационных подходов к расчету сварных конструкций обозначается наличием данных по теоретическим коэффициентам концентрации напряжений в сварных швах, циклическим свойствам материала различных зон сварного соединения и по уровню остаточных сварных напряжений. В [3] приведены предложения по определению коэффициентов концентрации напряжений и деформаций в стыковых и угловых швах листовых конструкций. Для стержневых конструкций, выполняемых из фасонного проката, необходимы дополнительные разработки напряжений и деформаций в зонах их концентрации.
Таким образом, имеется два метода расчета на прочность сварных соединений по допускаемым напряжениям и по предельному состоянию.
Список литературы:
- Справочник сварщика / под ред. В.В. Степанова /М.: Машиностроение. – 1982. – 560 с.
- Производственные здания промышленных предприятий. Нормы проектирования. Строительные нормы и правила / М: Стройиздат. – 1982. – 15 с.
- Расчет сварных соединений на прочность [Электронный ресурс] / Режим доступа: type=»book» name=»РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ» description=»В настоящее время методы расчета сварных соединений на прочность носят условный характер, так как не учитывают концентрации местных напряжений, а в расчет принимаются так называемые номинальные напряжения. Проектирование сварных конструкций осуществляется на основании расчетов, которые сводятся в основном к определению напряжений в различных элементах свариваемых конструкций. » author=»Замалиева Ильвина Радифовна, Каратаев Оскар Робиндарович» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-01-25″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_31.10.15_10(19)» ebook=»yes» ]