СВАРОЧНЫЕ ДЕФОРМАЦИИ И НАПРЯЖЕНИЯ

ПОТЕРЯ УСТОЙЧИВОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ ОБОЛОЧЕК

Наиболее подвержены деформациям потери устойчивости пло­ские листовые элементы. Деформации, возникающие на оболоч­ках, в большинстве случаев по своему характеру не являются де­формациями потери устойчивости, а относятся к обычным дефор­мациям изгиба, хотя по форме и имеют много общего. Потеря устой­чивости оболочек от сварочных напряжений при отсутствии рабо-

чих нагрузок относительно редкое явление. Например, при сварке кольцевого шва плавлением по предварительно сваренному роли­ковым швом шпангоуту с листом в основном металле вследствие окружного сокращения возникли напряжения сжатия ot, в зоне сечения А—А (рис. 111, а). Так как толщина обшивки состав­ляла 0,6 мм, а диаметр оболочки был значительным, на участке шириной около 30 мм по всей окружности образовались волны синусоидального характера с шагом 30—50 мм.

Точечные сварные соединения на оболочках и плоских элемен­тах толщиной 0,5—0,6 мм и менее также нередко вызывают ко­робление металла (рис. 111, в). Развертка сечения Б—Б по окруж­ности вокруг точки дает четыре полуволны.

Наиболее часто деформации потери устойчивости возникают в плоских листовых элементах от круговых и кольцевых швов. Широко известны деформации плоских днищ резервуаров, возни­кающие при заварке кольцевого шва нижнего пояса (рис. 111, г), а также сосудов меньших размеров (рис. 111, д). В результате ро­ликовой сварки гофрированного днища, поперечное сечение кото­рого показано на рис. 111, з, наружное и внутреннее кольца же­сткости имели около 10 полуволн по окружности с максимальным

D 12 (1 - ц2)

отклонением от плоскости до 50 мм. Гофрированный тонкий лист имел «хлопуны». Деформации были устранены прокаткой швов роликами.

Трудно поддающиеся устранению деформации потери устой­чивости возникают при вварке в плоские элементы круглых флан­цев, бобышек и т. п. (рис. 111, е). Деформации имеют синусоидаль­ный характер при развертке окружности в линию. Потеря устой­чивости наступает в результате того, что растягивающие напря­жения ог, действующие по краю зоны пластических деформаций (рис. 111, ж), создают сжимающие тангенциальные напряжения а,. Напряжения Сгкр, при которых наступает потеря устойчивости, можно определить по кривым на рис. 112.

аг Ьг^

На рис. 112 показана зависимость —— от отношения -^-для двух случаев 1 и 2 закрепления листа по контуру, там же 154

приведено число полуволн, по которым лист теряет устойчи­вость. Листы больших размеров теряют устойчивость по четырем

полуволнам. При малых отношениях - у - возможны формы с боль­шим числом полуволн.

Действительный характер закрепления листа в зоне пласти­ческих деформаций примерно соответствует промежуточным усло­виям между жесткой заделкой и шарнирным опиранием. Если лист по наружному контуру не закреплен (свободный край), потеря устойчивости наступит при еще меньших значениях вгкр, чем в слу­чае жесткой заделки. Расчеты показывают, что потеря устойчи­вости листов происходит при относительно небольших значениях радиальных напряжений ог. При уменьшении радиуса гх потеря устойчивости наступает при более высоких оГкр.

В качестве примера рассмотрим возможность потери устойчи­вости листа толщиной б = 1 мм, если остаточные напряжения аг

на границе пластической и упругой зон равны ~= , ат= 50 кПмм2

(500 Мнім2), Е = 2-Ю4 кПмм2 (2- 10s Мнім2). В лист диаметром 120 см вваривают элемент диаметром 3 см. Диаметр пластической

зоны, где аг = , равен 6 см-, г1 = 3 см. По кривой 2 на

V 3

рис. 112 находим при — = 20

г і

= 10; а, = 10-^5- = 20,4 кПмм2 (~ 204 Мнім2).

L) КР А

50

Остаточные напряжения ог — = 28,9 кПмм2(289Мнім2).

Это указывает на то, что потеря устойчивости произойдет.

В бесконечно большой пластине, когда r2 -> оо, потерю устой­чивости вызывают растягивающие напряжения аг, приложенные по внутреннему краю, независимо от условий закрепления [31 ]:

°гр = у (187)

кр 4(1 — |ха) г2 ' '

Структура формулы (187) указывает на роль толщины метал­ла б, радиуса зоны пластических деформаций сварного соедине­ния гх и модуля упругости Е при потере устойчивости плоского листа. Конструкции из титановых сплавов с Д^(1-н -^1,05) 104 кГ/мм2 (~ 105 Мнім2) и алюминиевых сплавов с Е ^0,7-Ю4 кГ/мм2 (<~0,7-105 Мнім2) более подвержены коробле­нию, чем конструкции из стали с Е ^ 2 • 104 кГ/мм2 (~ 2 • 105Мн/м2) при одинаковом усадочном усилии.