2. Распределение напряжений в стыковых швах

В стыковых соединениях с обработанными гладкими поверхностями швов, не имеющих внутренних дефектов, напряжения при действии продольной силы распределяются по поперечному сечению соединяемых элементов равномерно (рис. 1.2 а). Когда поверхность имеет форму, показанную на (рис. 1.2 б) распределение напряжений по сечению становится неравномерным.

а	б

Рис. 1.2. Распределение напряжений по поперечному сечению шва:

а – равномерное; б – неравномерное

Концентрация напряжений имеет место также в корне шва при его непроваре, а также в результате местных деформаций, вызванных неравномерными усадочными деформациями.

Источником концентрации может служить несоосность свариваемых элементов. Концентрация напряжений, возникающих в окрестностях микропор, имеет пространственный характер.

Коэффициенты концентрации напряжений возле сферических пор в 1,5 раза меньше коэффициентов концентрации в зоне цилиндрических отверстий того же радиуса и положения по отношению к внешней поверхности.

Стыковые швы являются оптимальными в отношении концентрации напряжений. При доброкачественной сварке коэффициент концентрации напряжений может быть близким к единице. В других типах соединений такой результат получить невозможно.

3. Работа и расчет соединений стыковых швов

В стыковом шве при действии на него центрально осевой приложенной силы N распределение напряжений по длине шва принимается равномерным. Стыковой шов принимается равнопрочным основному металлу только в том случае, если он будет надежно проверен одним из физических методов контроля и признан годным к эксплуатации.

Проверка прочности сварного стыкового шва, расположенного перпендикулярно оси элемента, производится по формуле:

, (1.1)

где N – расчетное усилие;

t – наименьшая толщина соединяемых элементов;

ℓ_w – расчетная длина шва, ℓ_w=ℓ-2t;

ℓ – фактическая длина шва;

γ_c – коэффициент условий работы элемента;

R_wy – расчетное сопротивление сварного стыкового соединения рас-

тяжению или сжатию.

Для соединений, проверенных физическими методами контроля, R_wy=R_y , а не проверенных физическими методами контроля и работающих на растяжение R_wy = 0,85 R_y, R_y – расчетное сопротивление металла элемента по пределу текучести, принимаемое по прил. 4 [1].

4. Экспериментальные образцы

Характер распределения напряжений может быть определен на моделях сварных соединений, вырезанных из листового металла (рис. 1.3). На поверхность образца фрагмента макета наклеивают проволочные тензорезисторы.

Рис. 1.3 Модели сварных соединений:

а – стыковое соединение с полным проплавлением; б – сварное соединение

с непроваром; 1, 2, 3, 4, 1^', 2^', 3^', 4^' – тензорезисторы

Для учета возможного изгиба из плоскости образца тензорезисторы устанавливают с двух сторон и берется среднее значение приращений показаний тензорезисторов, расположенных с двух сторон образца.

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ВЫПОЛНЕНИЯ

ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

1. Ознакомиться с испытательной установкой и схемой установки приборов.

2. Провести визуальный осмотр испытываемых образцов; выполнить измерение образцов в исследуемых сечениях.

3. Закрепить образец в захватах разрывной машины и присоединить тензорезисторы к измерителю деформаций ИДЦ-1.

4. Снять начальные отсчеты по приборам (табл. 1.1).

5. Нагрузить образец и снова снять отсчет по приборам.

6. Сбросить нагрузку и освободить из захватов машины образец.

7. Построить эпюры напряжений в исследуемых сечениях и сравнить со средними расчетными напряжениями, вычисленными по формуле (1.1)

8. Выполнить пункты 2-7 для второго образца.

9. Сделать выводы по работе.

10. На выполнение данной работы отводится 2 часа.

Таблица 1.1

Результаты испытаний

№ образца	№ прибора	Начальный отсчет, С0	Отсчет, С1	Нагрузка Р, Кн		Напряжения
				Разность отсчетов, ΔС=С1-С0	деформации,	экспери-ментальные, σэ=εсрЕ·К	теорети-ческие,
1	1
	1'
	2
	2'
	3
	3'
	4
	4'
2	1
	1'
	2
	2'
	3
	3'
	4
	4'
Примечание. А – средняя площадь поперечного сечения образцов; А = b·t; К – цена деления прибора; Е – модуль упругости стали, Е=2,06·105 МПа.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Какие соединения называют сваренными встык?

2. Как изменяется подготовка кромок при сварке встык в зависимости от толщины элементов?

3. Как рассчитываются соединения встык, работающие на продоль-ные силы?

4. Почему за расчетную толщину принимают толщину основного металла при расчете соединений встык?

5. Для чего при сварке предусматривают подкладки?

6. Какие факторы вызывают концентрацию напряжений в сварных конструкциях?

7. Что представляет собой концентрация напряжений?

8. В каких точках соединение встык имеет максимальные напряжения?

9. Почему является полезной механическая обработка стыкового шва?