ОСНОВЫ ТЕОРИИ ПРОЧНОСТИ СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

АНАЛИЗ ВЕЛИЧИНЫ ЭФФЕКТИВНОГО РАДИУСА СТРУКТУРНОГО ЭЛЕМЕНТА

Как указано выше, у сварных соединений размер радиуса структурного элемента в 5 и более раз превышает размер структур­ного элемента материала для образцов из однородного материала с полированной поверхностью. Этот результат можно объяснить

только тем, что искусственное увеличение р* при переходе к свар­ным образцам, снижающее эффективный коэффициент концен­трации р, необходимо, чтобы компенсировать, во-первых, неуч­тенный коэффициент концентрации для прокатной поверхности, и, во-вторых, неучтенную в расчете повышенную локальную проч­ность металла сварного соединения в месте зарождения трещины. Поясним это на примере.

Будем вычислять эффективный коэффициент концентрации по хорошо зарекомендовавшей себя для однородных образцов (рис. 6.87) формуле Хейвуда (6.184), где р1 — локальный эффек­тивный коэффициент концентрации:

аЕ — предел усталости полированного образца:

ав — предел прочности основного металла; aEl — эксперименталь­ный предел усталости полированного образца, определенный при экспериментальном NE = 2106 числе циклов, изготовленного из металла опасной зоны сварного соединения; определим его при­ближенно по той же формуле, что и аЕ:

К ~ °Bl.

°El ~ 2 ;

aBl — предел прочности металла опасной зоны сварного соедине­ния;

®Bl = °в • §ств;

8ав — коэффициент относительного упрочнения опасной зоны за счет размельчения зерна, закалки и старения, 8ав > 1; аЕк — пре­дел усталости образца с концентратором (сварного соединения); kT — теоретический коэффициент концентрации; р — радиус ост­роты концентратора; р^ — радиус структурного элемента металла локальной опасной зоны сварного соединения.

Тогда предел прочности сварного соединения должен вычис­ляться по формуле

Теперь выполним этот расчет обычным образом:

стЕп

аЕк -■

где стЕп — экспериментальный предел усталости пластины основ­ного металла с прокатной поверхностью, определенный при экс­периментальном Ne = 2106 числе циклов;

= а. 2 3 Е 3.

Обозначим коэффициент снижения предела усталости от про­катной поверхности:

£еп и 2.

СТЕ 3

Р — эффективный коэффициент концентрации, рассчитывае­мый по формуле Хейвуда (6.184) с корректировкой радиуса струк­турного элемента:

Кт

Р = -

В этом случае прочность сварного соединения вычисляется по формуле

Приравнивая правые части выражений (a) и (б) для аЕк, полу­чим уравнение, из которого можно вычислить необходимую вели­чину эффективного радиуса структурного элемента:

усталости проката к пределу усталости полированного образца kn = 2/3. Цифры у кривых показывают отношение предела прочно­сти ств1 локальной опасной зоны к пределу прочности ств основного металла.

Из рисунка ясно видно, что использование общепринятой ме­тодики расчета на усталость с опорой только на механические свой­ства основного металла требует введения в расчет эффективной величины радиуса структурного элемента. Оказывается, что эф­фективный радиус структурного элемента pf не является посто­янной материала, как это предполагается относительно р*. Навер­ное, именно это обстоятельство заставило составителей СНиП перейти от расчетов на усталость с использованием эффективных коэффициентов концентрации, как это было в 1970-х годах к рас­четам, основанным на номинальных напряжениях в редакции 1990 года. Кроме того, формула (6.210) и рис. 6.109 естественным образом объясняют, почему при расчетах сварных соединений все известные мне авторы используют неправдоподобно большие ра­диусы структурных элементов.

Для построения удобного для практики расчета нужно осно­вываться на локальных характеристиках прочности опасной зоны сварного соединения и на сопротивлении усталости полированно­го образца. Для построения нормативного расчета нужно исполь­зовать формулу (а), а не (б) из приведенных выше. Думается, что при этом можно разработать методику определения коэффициен­та 8ств либо по результатам измерений микротвердости основного металла и металла опасной зоны, либо по расчетным методикам, известным в теории сварочных процессов.