ОСНОВЫ ТЕОРИИ ПРОЧНОСТИ СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Вычисление критических значений /-интеграла (JC и Jjc)-
Их определяют на образцах типов 3 и 4 с записью диаграмм «Р-V» для компактных образцов типа 3 и «Р-f» для изгибных образцов типа 4. Первый образец доводят до разрушения и анализируют диаграмму на основании рис. 6.61.
Если диаграмма относится к типу I, то получение этого типа диаграмм проверяют не менее чем на трех одинаковых образцах при одинаковых условиях испытаний. Далее вычисляют JC по формуле
. V х, (KC)2 • (1 - V2)
Jc t • (b -1) • k E, (6.138)
где ApC — пластическая работа при нагружении до точки C (рис. 6.61). Она вычисляется как площадь диаграммы между кривой нагружения и наклонной прямой (C-VpC) или (C-fpC); K*C — условный коэффициент интенсивности напряжений. Его вычисляют по формулам табл. 6.4; l — значение исходной длины трещины, вычисленное по рис. 6.62.
Значение х и k определено только для образцов типов 3 и 4, формулы для их вычисления приведены в табл. 6.7.
JC (см. ранее) определяется для момента начала движения трещины. Поэтому в случае получения при испытании первого образца диаграммы типа II, III или IV, необходимо проведение дополнительных испытаний на одинаковых образцах в одних и тех же условиях для выяснения влияния подрастания трещины.
Если диаграмма у первого образца типа II, то второй образец статически нагружают до V2 = 0,9VD (или до f2 = 0,9fD) первого образца.
Таблица 6.7 Формулы для расчета коэффициентов х и k
|
Если диаграмма первого образца типа III или IV, то второй образец статически нагружают до V2 = 0,9VC (или до f2 = 0,9fc) первого образца.
Рис. 6.63 Измерение подроста трещины All на изломе плоского образца: |
Далее образец разгружают и, если испытывается сталь, подвергают тепловому окрашиванию. Оно заключается в нагреве образца до 300°С (600°С для коррозионно-стойких сталей аустенитного класса) на воздухе и выдержке при этой температуре в течение 10 мин на каждые 25 мм толщины образца. В результате на поверхностях подросшей трещины появляются цвета побежалости, видные на изломе после полного разрушения. По ширине окрашенной части статической трещины на изломе измеряют Al; с точностью не менее 0,1 мм, не менее чем в пяти местах. Схема этих замеров показана на рис. 6.63.
1 — граница надреза; 2 — граница трещины усталости; 3 — граница подроста трещины; 4 — статический долом. |
По ним вычисляют величину подроста трещины:
Al = (Al 1 + АІ2 + AI3 + AI4 + Al5)/5.
Если полученный на втором образце подрост Al меньше 0,3 мм при толщине образца t < 30 мм или Al < 0,01 • t для образцов большей толщины, то полученную по схеме рис. 6.62 длину трещины l2, прирост трещины Al2 и усилие Р2 второго образца используют в дальнейшем расчете J2 по формуле (6.138).
Если полученное среднее смещение Al кромок надреза больше, то в этих условиях дополнительно нужно испытать не менее четырех одинаковых образцов. При нагружении каждого последующего образца замеченное на боковой поверхности прорастание трещины должно быть не менее 0,9Al от прорастания трещины на боковой поверхности предыдущего образца. Вид диаграмм нагрузки и разгрузки для образца типа 4 и первой диаграммы типа II показан на рис. 6.64а, для диаграммы первого образца типов III или IV — на рис. 6.646.
По диаграммам для каждого образца при этих испытаниях определяется максимальная нагрузка Р; (это ординаты светлых кружков на рис. 6.64а, б), после которой производится разгрузка образцов. Далее все образцы подвергают тепловому окрашиванию. Затем их доламывают и по изломам находят длину трещины l; и подрастание трещины All. По этим результатам для каждого об-
б |
в |
Pi |
A, D Р А/С |
00,15 0,6 1,05 1,50 |
Al/t |
0,005f 0,020t 0,035t 0,050t |
Рис. 6.64 Кривые нагрузки и разгрузки серии образцов и зависимость JC от подроста трещины Al |
а |
О /б/5/4/3 hfD f о Ufj. h h fc f |
разца по формуле (6.138) вычисляют Jt и строят график в координатах J-Al, вид которого показан на рис. 6.64в.
Шкала оси абсцисс этого графика зависит от толщины образца t. Если t < 30 мм, по шкале абсцисс откладывают Al, мм. Если толщина образца больше, откладывают отношение Al/t.
Далее, из начала координат графика проводят наклонную прямую линию 0N, вычисляемую при t < 30 мм по формуле: J = (ст02 + + стВ) • Al; при толщине больше 30 мм — по формуле: J = (ст02 + + стВ) • Al/t.
Параллельно линии 0N проводят еще 4 линии (0(i)N(i)) из точек оси абсцисс: 0,15; 0,60; 1,05 и 1,50. На полученный график наносят точки значений J, вычисленные для образцов со второго по шестой. Эти точки на рис. 6.64в показаны светлыми кружками. Если не менее четырех точек попало в интервал между прямыми 0(1)N(1) и 0(4)N(4) и в каждом из интервалов 0(1)N(1)-0(2)N(2), 0(2)N(2)- 0(3)N(3) и 0(3)N(3)-0(4)N(4) находится не менее одной точки, то через эти точки проводят прямую линию ММ.
Если из всех построенных точек не более двух находятся правее прямой 0(4)N(4), а не менее двух точек лежат в различных интервалах между 0(1)N(1) и 0(4)N(4), то для образцов, соответствующих точкам, лежащим правее прямой 0(4)N(4), необходимо дополнительно вычислить длину контура S и площадь dF статически подросшей трещины по формулам:
dF = dlt. |
Для точек, лежащих правее прямой 0(4)N(4), скорректированное значение Ji вычисляют по формуле
и наносят на график « J-dl» в виде точки. Через точки, лежащие левее прямой 0(4)N(4), и через скорректированные точки проводят прямую ММ.
Ординату точки пересечения прямой MM с прямой 0N принимают за искомое значение JC.
Далее проверяют полученное значение JC на условие корректности по формуле
где |
(6.139)
(6.140)
Коэффициент Pj — 200 при 2/< 0,6; pj — 375 • (g02/gB) + + 425 при o02/aB > 0,6.
Если условие корректности (6.139) выполняется, то JIC принимают равным JC. Если условие корректности не выполняется, то для получения величины JIC следует испытать образцы большей толщины.