ОСНОВЫ ТЕОРИИ ПРОЧНОСТИ СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

РАСЧЕТ НА УСТАЛОСТЬ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

6.4.5.1.

ДВА ПОДХОДА ПРИ РАСЧЕТЕ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

При попытке использовать приведенные выше формулы к рас­чету на усталость сварных соединений возникают две проблемы.

1. У сварных соединений трещины усталости появляются обыч­но либо в месте перехода от основного к наплавленному металлу, либо на поверхности наплавленного металла у дефектов сварного шва. В обоих случаях локальные механические свойства металла в месте зарождения трещины отличаются от механических свойств пластин с прокатной поверхностью, на которых определяется опор­ное для расчета значение предела усталости ст_1.

2. У сварных соединений обычно трудно определить значение радиуса кривизны концентратора в месте ожидаемого возникнове­ния трещины усталости. Часто величина этого радиуса имеет боль­шой разброс. Это относится как к местам перехода от основного

к наплавленному металлу, так и к конфигурации дефектов в ме­талле шва. Радиус вершины таких дефектов, как непровар корня шва, поры, шлаковые включения обычно может быть указан толь­ко в виде достаточно широкого интервала возможных значений.

Первую проблему применительно к околошовной зоне сварных соединений в исследовательских работах приближенно решают с помощью экспериментально установленной для данной стали кор­реляционной зависимости между пределом усталости и микротвер­достью. Такую зависимость получают на образцах, прошедших различную термическую обработку. Имея ее, можно в месте появ­ления ожидаемой трещины замерить микротвердость и вычислить ожидаемый локальный предел усталости металла.

Вторая проблема при известной конфигурации сварного соеди­нения решается путем вычисления распределения напряжений методом конечных элементов. Но далее возникают трудности с недостаточной разработанностью расчета накопления поврежде­ний в металле и роста малых, некорректных для линейной меха­ники разрушения, трещин.

С целью обойти эти трудности используют два подхода к расче­там стадии зарождения трещины усталости в сварных соединениях.

Подход, основанный на номинальных напряжениях: сварное соединение выбранного типа рассматривается как «черный ящик», о котором известны только величина циклических номинальных (вычисляемых по правилам сопромата) напряжений, и число цик­лов, при котором завершена стадия образования усталостной тре­щины (длина трещины равна 2-3 мм).

Локальный подход, основанный на представлении о конст­руктивных напряжениях: на основе экспериментальных замеров тензодатчиками (или на основе вычислений распределения напря­жений методом конечных элементов) определяются условные кон­структивные напряжения, которые не включают влияние радиу­са закругления надреза. Далее вычисленное для опасной точки конструкции значение конструктивного напряжения сравнивает­ся с предельным значением этих напряжений, которое определя­ется при испытаниях серии сварных образцов.