МАРК РЕГНЕРУС ДОСЛІДЖЕННЯ: Наскільки відрізняються діти, які виросли в одностатевих союзах
РЕЗОЛЮЦІЯ: Громадського обговорення навчальної програми статевого виховання ЧОМУ ФОНД ОЛЕНИ ПІНЧУК І МОЗ УКРАЇНИ ПРОПАГУЮТЬ "СЕКСУАЛЬНІ УРОКИ" ЕКЗИСТЕНЦІЙНО-ПСИХОЛОГІЧНІ ОСНОВИ ПОРУШЕННЯ СТАТЕВОЇ ІДЕНТИЧНОСТІ ПІДЛІТКІВ Батьківський, громадянський рух в Україні закликає МОН зупинити тотальну сексуалізацію дітей і підлітків Відкрите звернення Міністру освіти й науки України - Гриневич Лілії Михайлівні Представництво українського жіноцтва в ООН: низький рівень культури спілкування в соціальних мережах Гендерна антидискримінаційна експертиза може зробити нас моральними рабами ЛІВИЙ МАРКСИЗМ У НОВИХ ПІДРУЧНИКАХ ДЛЯ ШКОЛЯРІВ ВІДКРИТА ЗАЯВА на підтримку позиції Ганни Турчинової та права кожної людини на свободу думки, світогляду та вираження поглядів
Контакти
Тлумачний словник Авто Автоматизація Архітектура Астрономія Аудит Біологія Будівництво Бухгалтерія Винахідництво Виробництво Військова справа Генетика Географія Геологія Господарство Держава Дім Екологія Економетрика Економіка Електроніка Журналістика та ЗМІ Зв'язок Іноземні мови Інформатика Історія Комп'ютери Креслення Кулінарія Культура Лексикологія Література Логіка Маркетинг Математика Машинобудування Медицина Менеджмент Метали і Зварювання Механіка Мистецтво Музика Населення Освіта Охорона безпеки життя Охорона Праці Педагогіка Політика Право Програмування Промисловість Психологія Радіо Регилия Соціологія Спорт Стандартизація Технології Торгівля Туризм Фізика Фізіологія Філософія Фінанси Хімія Юриспунденкция |
|
|||||||
Неоднорідність механічних властивостейТема: Поняття про витривалість швів. Розрахунки на витривалість. План: 1. Характер циклічного навантаження. Діаграма Сміта; 2. Концентрація напружень від зварювання; 3. Залишкові зварювальні напруження; Література: Обов'язкова: [1] Чертов І.М. Зварні конструкції: Підручник.- К.: Арістей, 2006. с. 193-200. Додаткова: [2] Клименко Ф.Є. Металеві конструкції: . Львів: Світ 2002 с. 33- 34 Характер циклічного навантаження. З метою вивчення границь витривалості в залежності від характеристики циклу навантаження будують так звану діаграму витривалості Сміта, подану у схематизованій формі на рис. Вона дає можливість на підставі експериментального визначення границі витривалості при симетричному циклі σ-1 елементарно по діаграмі знайти границі витривалості при будь-якому циклі σR. Обґрунтуванням до цього служить положення, що для ряду матеріалів руйнування визначається головним чином діапазоном змін напружень σ-1, у той час як постійна складова (σmax – σ min)/2 не має істотного впливу. Діаграма може бути використана до того, як σR досягає σT. По осі абсцис відкладаються значення середніх напружень циклу σт = (σmax + σ min)/2, по осі ординат - напруження σmax і σ min . Під кутом 45° до осі абсцис проводиться пряма. Амплітуди σа = (σmax – σ min) відкладаються симетрично щодо цієї прямої. Прямі перетинаються в точці К, що характеризує цикл із нескінченно малою амплітудою. Умовно приймають, що ця точка відповідає межі міцності σв. Відрізок ОА виражає значення границі витривалості при симетричному циклі. При цьому σт = 0. У більшості випадків користуються ділянкою діаграми з напруженнями, що не перевищують границі текучості є σТ. Із точки D координатами σт проводять горизонтальну пряму до перетинання з прямою АК у точці N. Цю точку проектують на пряму А'К (точка М). Ламана лінія АNDМА' виражає схематизовану діаграму втоми в межах пружних деформацій. Відрізок ВС виражає значення границі витривалості при пульсуючому циклі σ0. Проведемо з точки О пряму під довільним кутом адо осі абсцис, тоді:
За цим відношенням для заданого циклу R знаходять tgα. Точка Р визначає значення границі витривалості при заданому циклі навантаження. У машинобудуванні нерідко границю витривалості зварних з'єднань при циклі R визначають у такий спосіб. Експериментальним шляхом отримують границю витривалості σ-1, при циклі R стандартного зразка. Визначають границю витривалості при тому же циклі проектованого зварного з'єднання σ-1з. Знаходять відношення η= σ-1/ σ-1з. . Перебудовують діаграму Сміта в масштабі η і по ній визначають границю витривалості для будь-якого циклу R. На рис показана діаграма залежності σR від характеристики циклу R.
Рис. Оскільки найменше значення при симетричному циклі (R = -1), то випробування на втому проводять саме для цього циклу навантаження. Концентрація напружень від зварювання. Джерелом концентрації напружень у зварних з'єднаннях є форма з'єднання і різного виду зварювальні технологічні дефекти. Під концентрацією напружень розуміють місцеве підвищення напружень у зонах різкої зміни перетину тіла, наприклад поблизу отворів, вирізів, переходів зварних швів на основний метал, дефектів металу і зварних з'єднань. Кількісно концентрація напружень у пружній області оцінюється теоретичним коефіцієнтом концентрації, що залежить від геометричних параметрів концентратора:
Кσ = σк / σн, Кτ = τк/ τн
де σк, τк- максимальні напруження в зоні концентрації; σн, τн - номінальні напруження. Фактичне зниження границь витривалості зразків чи елементів конструкцій під впливом концентрації напружень (на прикладі нормальних напружень) оцінюється ефективним коефіцієнтом концентрації напружень:
Кσе = σ-1 / σ-1к
де σ-1 – границя витривалості гладкого зразка; σ-1 к – теж саме, для зразка з концентратором напружень. Границі витривалості зварних зразків (2) помітно нижчі відповідних значень, отриманих на зразках основного металу (1) зі штучними концентраторами напружень у тому ж діапазоні зміни коефіцієнта Кσ рис.
Рис.
З підвищенням рівня концентрації напружень зростає різниця між границею витривалості зразка з надрізом і границею витривалості зварного з’єднання. Ця різниця може досягати значення 50-80 Мпа і бути порівняною з падінням опору втомі, яке викликається концентрацією напружень, обумовленою тільки геометрією концентраторів зварного з’єднання. Отже, вплив концентрації напружень як одного з основних факторів, що визначають довговічність з’єднань, виявляється в сполученні з дією інших факторів – насамперед залишкових зварювальних напружень.
Залишкові зварювальні напруження. Після зварювання в зварному з’єднанні утворюються залишкові напруження з різною інтенсивністю компонентів напруженого стану в перерізах зварного з’єднання. Значення залишкових напружень в окремих точках може досягати величини границі (межі) текучості. У сталях залишкові напруження дуже стабільні в часі. Їхня релаксація протікає вкрай повільно і складає кілька відсотків. У той же час значення і розподіл залишкових напружень істотно змінюються під впливом зовт.то ци навантаження. Високі рівні залишкових напружень, що розтягують, приводять до появи пластичних деформацій у зоні шва навіть при незначному зовнішньому навантаженні, викликаючи зміну вихідного поля напружень. Виконані дослідження на основі неруйнуючого ультразвукового методу контролю напружень показали, що в багатоцикловій області навантаження зміна залишкових напружень відбувається, головним чином, при першому циклі навантаження. Наступні цикли викликають значно менші зміни, і рівень залишкових напружень можна вважати практично сталим. Сталий рівень залишкових напружень σ стзал залежить від значень і характеру розподілу вихідних залишкових напружень, амплітуди й асиметрії циклу зовнішнього навантаження, а також концентрації напружень, обумовленої типом з’єднання і формою шва. За схемою ідеально пружного-пластичного матеріалу після першого циклу зовнішнього навантаження залишкові напруження в зоні концентратора складуть:
σ = σт – Кσσmax а при відсутності концентратора:
σ = σт – σmax
Якщо біля краю гладких пластин залишкові напруження розтягу зменшуються до нульових значень при σmax= σт , то в зонах концентраторів, наприклад при Кσ = 2,5, для цього досить значення напружень, що дорівнює 0,4σт рис. Подальше підвищення зовнішнього навантаження, особливо у випадку дуже гострих концентраторів, приводить до формування стискаючих залишкових напружень.
Рис. У рамках прийнятої розрахункової моделі другий і наступний цикли навантаження при тому ж рівні номінальних напружень будуть проходити при пружному деформуванні матеріалу по всьому перетину зварного елемента і не приведуть до зміни залишкових напружень у зварних пластинах з концентраторами і без них. У дійсності цикли навантаження, що мають місце за першим, приводять до незначної зміни залишкових напружень. Це обумовлено, мабуть, недосконалою пружністю матеріалу, а також можливою зміною його властивостей з ростом числа циклів навантаження. Оскільки така зміна невелика (звичайно не перевищує 10-30 МПа), то в інженерних розрахунках кількістю циклів можна зневажити. При циклічному навантаженні зварного з'єднання рівень напружень у зоні зварного шва під впливом вихідних залишкових напружень змінюється. Унаслідок цього змінюється й опір утомі зварного з'єднання. При наявності концентраторів напружень і зі зниженням рівня зовнішніх навантажень залишкові напруження підсилюють свою дію. У дослідженнях, виконаних у ІЕЗ ім. Е. О. Патона АН України, роль залишкових напружень розтягу, оцінювалася шляхом зіставлення кривих втоми однотипних зразків з високими і низькими залишковими напруженнями. У зонах концентраторів напруження наводилися шляхом виконання наплавлень або точковим нагріванням. В обох випадках залишкові напруження в зонах концентраторів досягали межі текучості основного металу. У зразках з отворами межа витривалості на базі 2·106 циклів унаслідок впливу залишкових напружень зменшилась вдвічі. Приблизно таке ж зниження опору втомі під впливом залишкових напружень спостерігалося і при випробуванні зварних зразків. Виявилося, що довговічність для зразків з невисокими залишковими напруженнями набагато більша, ніж для зразків з високими вихідними залишковими напруженнями. В усіх дослідженнях спостерігалася та ж сама закономірність: при напруженнях ± 180...200 МПа, тобто близьких до межі текучості основного металу, опір втомі зразків з високими залишковими напруженнями був практично однаковим. Зі зниженням рівня перемінних напружень дія залишкових напружень підсилювалася і рівною мірою знижувалася довговічність зварних і незварних зразків. Неоднозначність прояву залишкових зварювальних напружень на різних рівнях навантаження пов'язана з їхньою релаксацією і неоднаковими сталими значеннями на кожному з цих рівнів. При рівнях номінальних напружень, близьких до границі витривалості, значення сталих залишкових напружень у зонах концентраторів зварних з'єднань досить високі. У цих умовах залишкові зварювальні напруження істотно знижують опір втомі з'єднань. З ростом зовнішнього навантаження рівень сталих залишкових напружень унаслідок їхньої релаксації зменшується. У результаті цього відбувається зближення кривих втоми з'єднань із залишковими напруженнями розтягу і без них. З тих же причин роль залишкових напружень зменшується з підвищенням асиметрії циклу зовнішнього навантаження. Найбільшою мірою вплив залишкових напружень на опір втомі зварних з'єднань виявляється при симетричному циклі навантаження. З ростом значень коефіцієнта асиметрії циклу різниця границь витривалості зварних з'єднань із залишковими напруженнями і без них зменшується. Інтенсивність впливу залишкових напружень розтягу залежить також від характеру передачі зусилля і виду напруженого стану. Про це, зокрема, можна судити за результатами дослідження на вигин і вигин із крутінням зварних зразків Концентрація напружень і залишкові напруження у них створювалися швами, що перетинаються. Зіставлення границь витривалості зразків у вихідному стані, після нормалізації і високого відпуску показує, що при плоскому напруженому стані (вигин із крутінням), коли головні напруження мають різні знаки, вплив залишкових напружень позначається сильніше, ніж при лінійному напруженому стані (вигин). У той же час вплив концентрації напружень більше виявляється при вигині, ніж при чистому зсуві. Таким чином, ступінь впливу залишкових напружень розтягу залежить від виду з'єднання, асиметрії циклу, напруженого стану і характеру передачі зусиль. У ряді випадків цей вплив може бути порівняний з ефектом концентрації напружень.
Неоднорідність механічних властивостей.Зварні з'єднання характеризуються значною неоднорідністю механічних властивостей в напрямку, перпендикулярному шву, яку прийнято зображувати у вигляді м'якого або твердого прошарку (розділ 2). Численні дослідження опору зварних з'єднань втомі показали, що хімічна, структурна, механічна неоднорідності, пов'язані з утворенням зварних швів практично не впливають на границю витривалості з'єднань з низьковуглецевих, низьколегованих та високоміцних сталей при багатоцикловому навантаженні. До особливих умов навантаження відносять навантаження при низькій чи високій температурі або в умовах корозійного середовища. Читайте також:
|
||||||||
|