РАСЧЕТ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ С УЧЕТОМ КОНЦЕНТРАЦИИ НАПРЯЖЕНИЙ

ПРОЧНОСТЬ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Испытания на разрыв статической нагрузкой и ударом сварных соединений из малоуглеродистой стали, проведенные в температур­ном интервале от +20° до —60° С показали, что наблюдаемые в обычных типовых соединениях различия формы не имеют суще­ственного значения и прочность их всех является одинаковой [14 ]. При этом разрушение как при статической нагрузке, так и при ударе, производимом свободно падающим грузом, происходит в се­чении по основному металлу, расположенному вдали от сварного шва и сопровождается значительными пластическими деформа­циями. В таких условиях первоначальная концентрация напря­жений не может оказывать влияния на прочность, так как при пла­стическом деформировании происходит выравнивание напряжений и концентрация напряжений значительно снижается или даже полностью пропадает.

Однако в отдельных случаях при сочетании действия низкой температуры и наличия в конструкции особо сильных концентра­торов напряжений могут быть созданы условия, при которых даже применение первоначально пластичных материалов не смо­жет предотвратить опасность хрупких разрушений.

Наиболее высокая концентрация напряжений в реальных кон­струкциях наблюдается в некоторых узлах сварных конструк­ций в‘местах резкого изменения формы, создаваемого у концов отдельных прикрепляемых элементов. В качестве характерной мо­дели наиболее опасных участков таких узлов может быть принят крестовый образец, состоящий из центральной пластины и при­варенных к ней по краям двух полос. Эти полосы располагаются в плоскости, перпендикулярной плоскости центральной пластины, по ее продольной оси на некотором расстоянии друг от друга. При передаче через них растягивающего усилия в среднем участке центральной пластины создается значительная концентрация на­пряжений (рис. 6).

Условия работы среднего участка центральной пластины кре­стового образца могут изменяться в достаточно широких пределах 24

в зависимости от расстояния между прикрепляемыми концевыми полосами. При уменьшении этого расстояния концентрация напря­жений в центральной пластине повышается. Кроме того, при этом уменьшаются размеры участка, на котором при нагружении воз­можно развитие пластических деформаций, что создает условия и для концентрации деформаций.

Исследование прочности сварных крестовых образцов показало, что особо высокая концентрация напряжений может привести

При -55°

При 20°'

Рис. 6. Сварной крестовой образец с высокой концентрацией напря­жений (а) и изменение его предела прочности в зависимости от расстояния между ребрами (б) и от температуры (в)

к значительному снижению несущей способности и при статической нагрузке. В условиях пониженной температуры такое снижение прочности происходит в более сильной степени.

При испытании крестовых образцов было установлено, что су­ществует некоторое критическое значение для расстояния между прикрепляемыми ребрами, ниже которого происходит снижение прочности. Для пластин с размерами поперечного сечения 8 X X 150 мм2 это значение равно 20 мм. Существует также некоторое критическое значение температуры, ниже которого происходит снижение прочности. Для образцов из стали М16С с предельно сближенными прикрепляемыми полосами это значение темпера­туры составляет —50° С.

Результаты, полученные при исследовании прочности кресто­вых образцов, позволили объяснить многие случаи преждевре­менного разрушения, наблюдавшиеся в сварных конструкциях, имевших узлы, характеризующиеся скученностью швов.