РАСЧЕТ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ С УЧЕТОМ КОНЦЕНТРАЦИИ НАПРЯЖЕНИЙ

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ

При исследовании прочности сварных соединений были вы­явлены их слабые места и проверены возможности, которые могут быть использованы для их усиления. Полученные при этом ре­зультаты указывают на необходимость учета различий в напря­женном состоянии отдельных сварных соединений, создаваемых их формой и условиями передачи нагрузки.

Широкую известность получили экспериментальные иссле­довании напряженного состояния основных типов сварных швов п Соединений, приведенные Э. Кокером [41], Л. А. Мордвинце - вым [131, Л. Э. Прокофьевой-Михайловской [28], А. Солякиа - ном [45], И. Смитом 144] и другими исследователями.

Результаты этих исследований достаточно полно приводятся в монографиях, посвященных вопросам конструирования и расчета сварных конструкций [21 и 22].

В настоящее время широкое применение при определении мест­ных деформаций и напряжений в сварных конструкциях получил тензометрический метод, при котором измерение относительных деформаций осуществляется проволочными тензодатчиками (дат­чиками омического сопротивления).

При измерении местных деформаций в детали на ее поверхности в различных направлениях устанавливаются (наклеиваются) тен­зодатчики. Для полной характеристики напряженного состояния в точке (вернее в участке малых размеров) плоской детали доста­точно определить ее относительные деформации в трех различных направлениях. При этом обычно применяются розетки, состоящие из трех датчиков, два из которых устанавливаются по направле­ниям основных осей детали, а третий устанавливается к ним под некоторым углом (чаще под углом а = 45°).

Экспериментальное определение напряжений производится в следующем, порядке. Сначала по показаниям регистрирующего
прибора, который предварительно протарирован, определяют относительные деформации данного участка по трем выбранным направлениям: еЛ, гу и еа.

Затем по этим деформациям, пользуясь соответствующими за­висимостями, установленными для плоского напряженного состоя­ния, определяют составляющие напряжения

(III. 1)

Третья из формул (III. 1) относится к случаю, когда направле­ние оси а определяется углом а — 45°.

Знание значений этих отдельных составляющих напряжения является достаточным для полной оценки напряженного состоя­ния в рассматриваемом участке. По этим значениям составляю­щих напряжения, пользуясь известными формулами, можно опре­делять уже напряжения по любым другим направлениям.

Так, например, для площадки, ось которой расположена по от­ношению к оси х под углом а, напряжения определяются фор­мулами

(ІП.2)

Главные напряжения определяются по значениям отдельных составляющих напряжения с помощью формул

(Ш-3)

Направление главных осей определяется углом 0, значение которого устанавливается формулой

(III.4)

Максимальное значение касательных напряжений для пло­щадки, ось которой расположена под углом 45° к главным осям, определяется формулой

Для исключения случайных ошибок при экспериментальном определении напряжений розетки с датчиками обычно устанав­ливаются по обеим поверхностям плоской детали. Это позволяет 44

исключить влияние возможных случайных эксцентриситетов, воз­никающих вследствие отдельных отклонений в размерах детали или от различных неточностей при ее нагружении.

Для повышения надежности получаемых результатов измере­ния обычно производятся при нескольких ступенях нагрузки с обя­зательными повторениями измерений, производимых при отдель­ных загрузках и разгрузках.

Все приведенные ниже результаты определения напряжений в различных моделях сварных соединений и узлов получены как правило при применении двух-трех ступеней нагрузки и при трех­кратном повторении замеров для каждой ступени на всех отдель­ных этапах нагрузки и разгрузки.

Применяемые тензодатчики в зависимости от района их уста­новки имели базу 3—20 мм. При этом датчики с малой базой ис­пользовались в участках с наиболее высокой концентрацией на­пряжений.

Для построения эпюр напряжений в различных сечениях ис­следуемых образцов необходимо иметь результаты замера напря­жений в нескольких точках. Для более подробного отражения характера изменения эпюры напряжений в рассматриваемом сече­нии желательно иметь возможно большее число точек. При задан­ной базе датчика это определяет размеры исследуемых образцов. При ширине образца, равной 200 мм, и базе датчиков, равной 10—20 мм, число точек, в которых устанавливаются измеритель­ные розетки, может быть принято от 8 до 10.

Приведенные ниже данные о напряженном состоянии различ­ных сварных соединений получены при испытании плоских моде­лей, которые изготовлялись из металлических листов и по своей форме соответствовали форме поперечного сечения сварных соеди­нений. Сопоставление данных, полученных при испытании метал­лических моделей и моделей из прозрачных материалов, применяе­мых при оптическом методе исследования напряженного состоя­ния 141 и 45], показало достаточно близкое их совпадение.