ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Вопросы прочности Николаев) из "Проектирование сварных конструкций в машиностроении " С позиции расчета на прочность сосуд считают тонкостенным, если толщина его стенки значительно меньше прочих размеров (в 20 раз и более). С позиций конструктивного оформления сварных соединений и технологии изгotoвлeния понятие тонкостенности обычно ограничивают толщинами, не превышающими 7—10 мм. [c.172] Условия работы тонкостенных сосудов характеризуются наличием статического внутреннего давления, создаваемого однократно или многократно, на короткое время или длительно, при нормальной или пониженной температуре. [c.172] Назначение сосуда и условия его работы определяют требования к материалу, конструктивному оформлению и технологии изготовления. Для баллонов и тормозных резервуаров наземного транспорта, где экономия веса является важной, но не главной задачей, обычно используют хорошо сваривающиеся материалы при высоком запасе прочности. Напротив, для сосудов, предназначенных для летательных аппаратов, требование минимальной массы является основным. Это заставляет использовать для их изготовления материалы с высокой удельной прочностью при малых запасах прочности. [c.172] В первом случае относительно малая чувствительность металла к наличию концентраторов и к термическому циклу сварки, сравнительно высокий запас прочности позволяют ограничить указания ТУ некоторыми общими положениями, кратко излагающими опыт изготовления и эксплуатации. Для сосудов общего назначения, работающих при давлении свыше 1,7 кгс/см , такие сведения содержат Правила устройства и безопасности эксплуатации сосудов, работающих под давление [7], утвержденные Госгортехнадзором СССР и обязательные для всех министерств и ведомств. Подобные сведения содержат также стандарты на отдельные изделия, например ГОСТ 1561-65 и 14249-73 . [c.172] Тонкостенные сосуды из низкоуглеродистых и низколегированных сталей, рекомендуемых правилами Госгортехнадзора [7], весьма технологичны, так как не требуюг последующей термообработки и позволяют выбирать конструктивное оформление сварных соединений из условия простоты выполнения сборочно-сварочных операций. Малая чувствительность к наличию концентраторов обеспечивает их надежную работу при нормальной и при умеренно низких температурах порядка — 40—60 °С. [c.173] Использование более прочных сталей с пределом прочности 120—140 кгс/мм (ЗОХГСА, 25ХСНВФА) позволяет снизить массу конструкции, но увеличивает трудоемкость ее изготовления, В этом случае становится обязательной последующая термообработка сварных соединений или всего изделия после сварки, недопустимы соединения элементов внахлестку, более жесткие требования предъявляют к качеству выполнения сборочно-сварочных операций. [c.173] Применение еще более прочных сталей с Ов = 160 кгс/мм и выше требует высокой культуры производства. Даже незначительное на первый взгляд искажение конструктивных форм, повреждение поверхности или иное нарушение процесса изготовления может снизить конструктивную прочность сосуда до величины ниже расчетной. [c.173] Сплавы титана хорошо свариваются, обладают высокой коррозионной стойкостью, но требуют весьма тщательной защиты сварочной ванны от насыщения газами воздуха и проявляют склонность к замедленным разрушениям. Последние обстоятельства заметно усложняют технологию изготовления сосудов, так как сварку нередко приходится выполнять в камерах с защитной средой, а для устранения опасности замедленного разрушения производить термообработку для снятия остаточных напряжений. Для изготовления тонкостенных сосудов, применяют сплавы (0Т4, 0Т41, ВТ6 и др.) с Ов = 60 -т- 100 кгс/мм . Использование более прочных сплавов с Og 140 кгс/мм (BTI4) встречает те же трудности, что и высокопрочных сталей. [c.174] В сосудах криогенной техники используют материалы, способные надежно работать при низких температурах — хромоникелевые аустенитиые стали с содержанием никеля более 7% и алюминиевые сплавы. [c.174] Технологичности конструкций из этих сталей способствует их хорошая штампуемость, свариваемость и относительно малая чувствительность к дефектам сварных соединений. Однако масса сосудов из-за низкой удельной прочности аустенитных сталей пблу-чается значительной. Холодной прокаткой со степенью обжатия порядка 50— 70% прочность листовых заготовок можно повысить до Ов = 120 -т- 150 кгс/мм , но в этом случае разупрочнение металла в зоне сварного соединения оказывается значительным и его компенсация требует использования специальных конструктивных или технологических мероприятий. [c.174] При изготовлении наземных резервуаров для сжиженных газов в США применяют нетермоупрочняемые алюминиевые сплавы марок 5083 и 5456 с = 12 -ь 16 кгс/мм и = 28 -i- 34 кгс/мм . [c.174] Компенсации разупрочнения наклепанного прокаткой металла от сварки достигают увеличением толщины зоны сварного соединения. Такое утолщение получают размерным травлением путем удаления металла по всей остальной поверхности листовой заготовки, кроме полосы вдоль кромок, подлежащих сварке. Более прочные термоупрочняемые алюминиевые сплавы 2219 и 2014 с = = 28 44 кгс/мм и = 40 50 кгс/мм используют в США для изготовления топливных баков ракет, работающих при криогенных температурах. Сварные соединения этих сплавов имеют достаточную пластичность, но для обеспечения равнопрочности стыковых сварных соединений основному металлу требуют утолщения свариваемых кромок. [c.175] Тонкостенным сосудам обычно придают форку цилиндра, сферы или тора. Выбор формы может определяться различными соображениями. Так, сферическая форма позволяет получить сосуд минимальной массы прн заданной емкости, торовая — компактно разместить сосуд, например вокруг камеры сгорания ЖРД, цилиндрическая — обеспечивает наиболее технологичное конструктивное о( юрм-ление сосуда и т. д. Схема разделения сосуда на конструктивные элементы показана на рис. 1, а—в. Соединения осуществляют продольными, кольцевыми и круговыми швами. [c.175] Для тонкостенного сосуда величина внутреннего давления на стенку сосуда обычно не превышает 1—2% от величины напряжений, действующих в плоскости, параллельной касательной к поверхности. Поэтому поле напряжений считают двухосным, распределение по толщине стенки принимают равномерным и расчет на прочность под действием внутреннего давления осуществляют по без-моментной теории. [c.175] Для цилиндрической стенки сосуда (рис[ I, 6 окружное напряжение превышает напряжение осевого направления в 2 раза, т. е. [c.176] Максимальное значение имеет место в точке С, т. е. [c.176] При заданных размерах сосуда величину предельного давления внутри сосуда можно определить подстановкой в соответствующую формулу наибольшего главного напряжения величины Ов материала стенки, определенной при осевом растяжении. Погрешность такого вычисления для большинства материалов составляет не более 15%, за исключением титановых сплавов, для которых различие в прочности при осевом и двухосном растяжении может быть заметно больше [5]. [c.177] Предельная прочность предполагает идеальную форму сосуда, однородность материала его стенок и однократность нагружения. Реальный сосуд помимо нарушений формы в местах сопряжений деталей и расположения элементов жесткости может иметь поверхностные повреждения, сварные соединения с их неоднородпостью механических свойств, технологические дефекты и нагружаться неоднократно. Поэтому действительная (конструктивная) прочность сосуда может быть ниже предельной, и степень снижения определяется многими факторами. При расчете это учитывают назначением величины допускаемого напряжения или коэффициента запаса. [c.177] В зависимости от свариваемости металла и его чувсгвительности к концентрации напряжений представления о технологичности одного и того же конструктивного оформления могут оказаться различными. Поэтому конструктивное оформление узлов и соединений сосуда целесообразно рассматривать раздельно для разных типов используемых материалов. [c.177] Вернуться к основной статье