Сварные конструкции. Расчет и проектирование

КО-.’ЦЕНТР АЦИЯ НАПРЯЖЕНИЙ В ПАЯНЫХ ШВАХ

В паяных швах возникает концентрация. напряжений, оказывающая заметное влияние на работоспособность всего соединения. Рассмотрим распределение напряжений в
стыковом паяном шве — тонкой мягкой прослойке с пре­делом текучести, меньшим, нежели у основного металла. Модуль упругости мягкой прослойки также меньше мо­дуля упругости основного металла, поэтому она обладает повышенной деформируемостью.

Исследования, основанные на уравнениях теории уп­ругости и пластичности, показали, что на контактных

плоскостях и в зоне мяг­кой прослойки возникает сложнонапряженное со­стояние при работе ее в пределах пластических де­формаций. Оно повышает (Тт и о в.

Рассмотрим работу сты­ковых паяных соединений элементов с круглым по­перечным сечением. В зо­не пластических деформа­ций в мягкой прослойке образцов, нагруженных продольной силой, образу­ются напряжения (рис. 4.12): at — вдать оси об­разца; Стр — в направле­нии радиуса; а( — по на­правлению касательной; оР(Г— в кольцевых поверхностях.

Из теории пластичности следует, что наибольшие на­пряжения образуются на контактных плоскостях. Если модули упругости основного металла и мягкой прослойки близки между собой, то напряжения на контактных пло­скостях определяются уравнениями

гдеот — предел текучести металла при одноосном напряжен­ном состоянии; R — радиус цилиндрического образца; р — радиус, определяющий положение точки в образце; s0 — толщина прослойки.

Наибольшие значения напряжений достигаются на оси элемента, т. е. при р=0. С уменьшением толщины прослойки so напряжение резко увеличивается. Теорети-

чески показано, что малое значение модуля упругости прослойки £просл по сравнению с модулем упругости ос­новного металла £ способствует повышению прочности и понижению пластичности стыкового паяного шва.

Иная картина наблюдается в паяных соединениях на­хлестанного типа, наиболее распространенного в изде­лиях. Распределение касательных напря­жений т по длине на­хлестки в направле­нии действия сил про­исходит неравномерно и в значительной степени аналогично условиям работы сварных фланговых швов. Для соединения двух деталей с равны­ми площадями попе­речных сечений A—sb

(рис. 4.13) наибольшее значение усилия qmt% на единицу дайны паяного шва в концевых точках определяется урав­нением

_ «оР I ИсЬоу/1

Яюшх - J— [ SJ,

где

SHAPE * MERGEFORMAT

20 Ь EAs,

G — модуль упругости металла паяного шва при сдвиге; Е — модуль упругости основного металла при растяже­нии; s0 — толщина мягкой прослойки; Ь — ширина шва; I — длина шва; s — толщина основного металла.

Коэффициент концентрации напряжений в паяном шве (пропорционален а0)

. Ят лх

т а 4

<7ср

Коэффициент а» определяют в значениях функции от 2Gs/£so (рис. 4.14). Чем меньше отношения G/Е и s/so, тем соответственно меньше коэффициент концентрации.

Преимуществом паяных швов является возможность образования пластических деформаций в нахлестанных соединениях, сопровождаемых снижением напряжений в

крайних точках соединений и выравниванием эпюры на­пряжений по длине соединения.

При сопоставлении значений концентраций напряжений в паяном и сварном нахлесточ - ных соединениях, состоящих из двух лобовых швов, коэффици­енты концентрации напряжений высоки в обоих случаях, но при пайке они ниже. Это обстоя­тельство объясняется более ра­циональной конструктивной фор­мой паяного соединения по сравнению со сварным.