ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Методы определения напряжений, деформаций и перемещений из "Сварка Резка Контроль Справочник Том1 " Для определения остаточных напряжений наиболее применим механический метод, заключающийся в измерении перемещений и деформаций, возникающих при устранении остаточных напряжений. Напряжения устраняют в пластинах путем их разрезки на узкие полосы или клетки, в круглых телах снятием слоев поверхности на токарном станке, а в массивных фрезерованием, сверлением или протачиванием канавок. Процедура включает в себя начальное измерение, устранение напряжений и повторное измерение перемещений или деформаций в тех же точках. Напряжения рассчитывают по разности результатов измерений. Чем сложнее напряженное состояние, тем больше должно быть точек измерения. Метод обеспечивает расчет одно- и двухосных напряжений на поверхности конструкции. [c.53] Инженерные методы расчета. Приводимые ниже методы и расчетные формулы не обладают высокой точностью, но позволяют оценить ожидаемые искажения формы и размеров сварного соединения и несложной сварной конструкции. Они основаны на выражении результата наложения каждого шва в виде сил и перемещений, которые затем можно использовать для расчета формы и размеров конструкции методами сопротивления материалов. В период, предшествовавший распространению компьютеров, бьши разработаны методики инженерного расчета и для весьма сложных конструкций, однако они не могут быть рекомендованы для широкого применения, так как требуют весьма высокой квалификации расчетчика. Наиболее универсальными и достоверными в настоящее время следует признать экспериментальные методы и численное моделирование процессов, описанные выше. Далее будут приведены формулы расчета сварочных деформаций и напряжений (см. разд. 1.4.3), рекомендуемые для применения в инженерной практике. [c.54] Продольные деформации и перемещения (продольная усадка). В поперечном сечении сварного шва после сварки образуется распределение продольных напряжений, схематично представленное на рис. 1.31. Механизм их образования описан в разд. 1.4.2. Из рис. 1.31 видно, что распределение напряжений связано с распределением температур при прохождении сварочного источника. Часть сечения шириной 2й л, нагревшаяся выше некоторой температуры и испытавшая при нагреве пластические деформации укорочения, растянута до напряжения, близкого к пределу текучести материала ст . Остальная часть сечения сжата. Эпюра напряжений Стост уравновешена по сечению. [c.54] На рис. 1.32 даны примеры экспериментально полученных эпюр продольных остаточных напряжений в однородных сварных соединениях из металлов, не испытывающих влияния структурных превращений. Структурные превращения, сопровождающиеся изменением объема, а также сварка присадочным металлом, отличающимся от основного, приводит к более сложной картине с чередованием ряда растянутых и сжатых зон (рис. 1.33). [c.54] Перемещения из плоскости детали W. Угловые перемешения р. Смещения кромок Д . Главной причиной этих видов деформации являются продольная и поперечная усадки. [c.56] При расчете поперечной усадки от таврового или нахлесточного сварного соединения необходимо учитывать только ту часть мощности д, которая попадает в рассчитываемый элемент (см. разд. 1.2). [c.56] Перемещения IV в виде волнистости пластин возникают в результате потери устойчивости под действием сжимающих продольных или поперечных остаточных напряжений (см. рис. 1.30, д, е). Условием потери устойчивости является превышение критического уровня сжимающих напряжений в пластине. Критическое напряжение пропорционально квадрату отношения толщины пластины к меньшему из двух остальных размеров и зависит от условий закрепления ее контура. Расчетные формулы для различных плоских и прямоугольных пластин можно найти в справочниках по расчету пластин и оболочек. Расчет перемещений в конструкции после потери устойчивости -весьма сложная задача, которую рекомендуется решать с помощью компьютерных программ. [c.57] При сварке встык тонких листов возможна потеря устойчивости от поперечных сжимающих напряжений на стадии нагрева. В результате сварка фиксирует взаимный поворот соединяемых деталей или поперечное смещение кромок. Можно рассчитать максимальное расстояние между прижимными планками, при котором сжимающее напряжение еще не превысит критического значения. [c.57] Перемещение в направлении толщины детали IV возникает при продольной и поперечной усадках, если пластины неплоские (при сварке цилиндрических, сферических и других оболочек). Это связано с тем, что при изменении длины кольцевого шва (при продольной усадке) меняется и радиус кольца (радиус оболочки в месте наложения швов) (см. рис. 1.30, з). [c.57] При неодинаковом продольном расширении кромок свариваемых цилиндрических деталей возникающее перемещение W может быть причиной углового или поперечного взаимного смещения кромок кольцевого шва. Эти смещения могут нарушить процесс сварки, а также фиксируются сваркой в виде искажений формы и размеров сварного соединения. [c.57] В результате кромки могут разойтись или сойтись настолько, что продолжать сварку становится невозможно. От расхождения кромок могут также появиться продольные трещины в остывающем шве. [c.57] Смещение деталей вдоль оси шва связано с их неодинаковым удлинением при нагреве. Например, при сварке тавровых соединений, даже при одинаковой толщине свариваемых пластин, удлинение стенки в -1,5 раза больше, так как полоса нагрева в полке расположена в середине пластины, а в стенке - на краю. Это смещение обычно не препятствует сварке, но сказывается на остаточных перемещениях элементов конструкции, например может вызвать закручивание балок коробчатого сечения (см. разд. 1.4.5). [c.57] Определение величины смещений А, и Ау является весьма сложной задачей, которую рекомендуется решать экспериментально или с помощью компьютерных программ. [c.57] Формулы пригодны также для расчета укорочения и изгиба длинных труб и обечаек при сварке продольных швов. При сварке коротких обечаек происходит изгиб не всей обечайки, а только образующих вблизи шва (см. рис. 1.30, е). Существуют формулы для определения той части сечения, которая работает на изгиб под действием усадочной силы (в зависимости от соотношения длины и диаметра обечайки). [c.58] Продольные укорочения балки от отдельных швов суммируются. [c.58] Скручивание балок. При сварке балок с тонкостенными открытыми профилями, таких как двутавровые, скручивание возникает вследствие неодновременной поперечной усадки углового шва по его длине (см. рис. 1.37, а). Например, шов I на рис. 1.37, а по мере его заварки и усадки закручивает верхний пояс, а шов 2 - нижний. Швы 5 и не могут компенсировать перемещений ввиду жесткости швов / и 2. Сборка на прихватках или в кондукторах позволяет избежать закручивания данного вида. Возможна крутильная форма потери устойчивости. Например, крестообразная балка на рис. 1.37, б вследствие действия усадочной силы и появления сжатия в листовых элементах закручивается в результате потери устойчивости. [c.59] Другие деформации сварных конструкций. Расчет более сложных видов перемещений, перечисленных в разд. 1.4.3, является весьма сложной задачей, которую рекомендуется решать с помощью компьютерных программ. [c.59] Вернуться к основной статье