ОСНОВЫ СВАРКИ СУДОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ

ОСНОВНЫЕ ДОПУЩЕНИЯ, ПРИНИМАЕМЫЕ В ИНЖЕНЕРНЫХ МЕТОДАХ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СВАРОЧНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ И НАПРЯЖЕНИЙ

В настоящее время еще не представляется возможным достаточ­но достоверно описать реальные процессы, происходящие в метал­лах, при специфичном сварочном нагреве. Поэтому возникает необ­ходимость разработки приближенных расчетных методов, которые должны быть просты, но в то же время обеспечивать достаточную для инженерной практики точность. Удовлетворить одновременно требованиям простоты и точности можно путем выбора эффектив­ных расчетных схем, учитывающих основные, определяющие фак­торы п пренебрегающих второстепенными особенностями процесса развития сварочных деформации и напряжении.

Как отмечалось, процесс развития сварочных деформаций и напря­жении связан с обратимыми и необратимыми объемными изменения­ми металла, причем эти объемные изменения в силу локальности сва­рочного нагрева охватывают достаточно узкую область металла, прилегающую к шву. Поэтому объемные изменения в районе сварных соединений одинаковые как в сложной конструкции, так и в просчей - uiiix элементах, т. е. практически не зависят от жесткости конструк­ции. Это же обстоятельство позволяет общую задачу определения сва­рочных деформаций и напряжений разделить на две, что является одной из основных идей ее приближенного решения. В первой опре­деляют остаточные объемные изменения, обусловленные сварочным нагревом п охлаждением, - термомеханическая задача. Во второй оп­ределяют геометрическое искажение конструкции - деформационная задача.

При решении термомеханнческой задачи основное значение имеет характер распределения температуры, деформации и напряжений в от­носительно узкой области, расположенной за источником теплоты и прилегающей к осп его перемещения. Описание процесса распростра­нения теплоты в этой области может быть существенно упрощено при­нятием схем мошных быстродвнжушихся источников теплоты, а рас­пределение деформаций! и напряжений - принятием допущения об одномерности напряженного состояния. В силу незначительного влия -

нпя жесткости конструкции решение термомеханическон задачи полу­чают на простейших элементах, сосредоточивая внимание на указан­ной выше области металла, а принятое допущения о механических свой­ствах металла (см. нодразд. 15.1) значительно упрощает рассмотрение процесса теплового нагружения.

Деформационная задача не является специфической. Аналогичные задачи рассматриваются в теории остаточных напряжений, вызываемых другими технологическими процессами. Решение их может быть вы­полнено как методами прикладной теории упругости, так и методами сопротивления материалов. Деформационная задача (см. подразд. 15,2) уже рассмотрена.

Гірорезюмируем замечания об основных упрощениях и допущени­ях, принимаемых в инженерных методах определения сварочных дефор­маций и напряжений.

1. Задача в целом делится на две части - термомеханическую и де­формационную.

2. Целью термомеханической задачи является оценка объемных изменений в районе сварного соединения.

3. Целью деформационной задачи является оценка геометрических искажений конструкции в целом.

4. Решения термомеханических задач выполняются на простейших элементах при следующих допущениях:

• предполагается одномерность напряженного состояния н ис­пользуется гипотеза плоских сечений;

• принимается диаграмма растяження-сжатия для идеального упругопластического материала и упрощенная зависимость механических свойств от температуры;

• используются схемы мощных быстролвижущихся источников теплоты.

Следует отметить, что принципиальным является допущение об одно­мерности напряженного состояния. На чем же базируется это допуще­ние? При сварке листовых конструкций в области позади источника изо­термические поверхности вытягиваются, и градиенты температур вдоль осп шва становятся значительно меньшими, чем градиенты температур поперек шва. Поэтому, если исключить из рассмотрения область впереди источника, которая не оказывает заметного влияния на дальнейший про­цесс образования деформаций и напряжений, то можно пренебречь из­менениями температуры вдоль осп шва, что н позволяет считать задачу одномерной п пренебречь напряжениями т и ст(/ по сравнен! но с продол ь - ными напряжениями а. Усиливает это допущение наличие зоны разуп - рочненного металла, нагретой выше температуры Т[16], расположенной уз­кой полосой позади і істочннка и разделяющей область металла в районе высокого нагрева на две части, между которыми нет силового взаимо­действия. Погрешности от принятия допущения одномерности напряжен­ного состояния тем меньше, чем выше скорость сварки и ниже коэффи­циент теплопроводности металла.