книги / Прочность сварных соединений при переменных нагрузках
..pdfПРОЧНОСТЬ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
ПРИ ПЕРЕМЕННЫХ НАГРУЗКАХ
Под редакцией
члена-корреспондента АН УССР В. И. ТРУФЯКОВА
КИЕВ НАУ КОВА ДУМКА 1990
АКАДЕМИЯ НАУК УКРАИНСКОЙ ССР
ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОСВАРКИ им. Е. О. ПАТОНА
УДК 621.791 : 624.21 : 620 : 178 : 539.43 Прочность сварных соединений при переменных нагрузках АН УССР.
Ин-т электросварки им. Е. О. Патона; Под ред. В. И. Труфякова. — Киев: Наук, думка. 1990.— 256 с. — 15ВИ 5-12-009392-2.
В монографии обобщепы результаты теоретических и эксперимен тальных исследований сопротивления сварных соединений зарожде нию и развитию усталостных трещин в мало- и многоцикловой обла сти при периодическом, случайном и двухчастотном напряжениях. Изложены закономерности изменения предельпых деформаций и напряжений под влиянием концентрации напряжении, остаточных напряжений, изменения свойств зоны термического влияния, дефектно сти ш вор, а также асимметрии и частоты цикла, вида нагружения и
других факторов. Приведены значения предельпых деформаций и напряжений для осповных видов сварных соединений пизкоуглеродистых, низколегированных и высокопрочных сталей, рекомендуе мые для распространения на реальные конструкции.
Для научных и инженерно-технических работников, занимающих ся исследованием, проектированием и изготовлением металлических мостов, кранов и подкрановых строений, антенно-мачтовых кон струкций, строительно-дорожных и сельскохозяйственных машин, вагонов, тепловозов и других изделий и сооружений, испытываю щих воздействие переменных нагрузок. Может быть полезна аспи рантам и студентам вузов строительного и машиностроительного профиля.
Ил. 160. Табл. 51. Библиогр.: с. 238—253 (434 назв.).
Утверждено к печати ученым советом Института электросварки им. Е. О. Патона
А Н УССР
Редакция технической литературы
Редактор 3. Л • Кобка
П2704060100-028
451-В9
М 221(04)-89
;1$М 5-12-009392-2
© Издательство «Наукова думка», 1990
ПРЕДИСЛОВИЕ
Значительная часть повреждений металло конструкций мостов, промышленных и антен но-мачтовых сооружений, морских стационар ных платформ, строительно-дорожных ма шин, кранов, экскаваторов, вагонов, сель скохозяйственных машин и другие обуслов лена усталостью сварных соединений. Стрем ление к наиболее полному использованию прочностных свойств материалов и соедине ний по условиям статического нагружения, возрастание доли переменных составляющих эксплуатационных нагрузок, интенсификация работы конструкций, неучет влияния допол нительных усилий и вибраций, вызывающих высокие местные напряжения и деформации, недостаточная обоснованность принимаемых расчетных сопротивлений и допускаемых на пряжений привели к тому, что сварные кон струкции по сопротивлению усталости стали приближаться к предельным состояниям, а в ряде случаев превышают их. Доля усталост ных разрушений продолжает расти и состав ляет теперь примерно 30 % от общего числа преждевременных повреждений и отказов сварных конструкций.
Все положения теории прочности и долго вечности металлов остаются справедливыми и в отношении сварных соединений. Вместе с тем последним свойственны специфические особенности, без учета которых нельзя создать надежную конструкцию. Это характерная форма соединений и швов, приводящая к свое образному распределеншо в них усилий, де формаций и напряжений; влияние термическо го воздействия сварки на свойства основного металла; наличие закристаллизовавшегося ме талла и разнообразных зон термического влия ния, создающих различного рода неоднород ности — механические, физические, химиче ские, структурные; возможность образования ври сварке технологических дефектов; высо
кие сварочные остаточные напряжения; зна чительные пластические деформации. При определенных условиях те или иные особеннос ти могут проявить свое влияние и снизить несущую способность изделия.
Вполне очевидно практическое значение дальнейшего совершенствования эксперимен тальных и расчетных методов оценки цикли ческой долговечности сварных соединений, изучения общих закономерностей изменения сопротивления усталости под влиянием различ ных факторов и установления более достовер ных значений предельных напряжений и де формаций, отвечающих возможностям сое динений реальных конструкций. Вместе с тем многие вопросы этих сложных задач можно* решить на основании уже проведенных иссле дований. Применительно к указанным метал локонструкциям исследования проводились в Институте электросварки им. Б. О. Патона АН УССР, ЦНИИ технологии машинострое ния, Челябинском, Ленинградском и Каунас ском политехнических институтах, Институте* машиноведения им. А. А. Благонравова АН СССР, Московском высшем техническом училище им. Н. Э. Баумана, ВНИИ транс портного строительства, НИИМостов, ЦНИИПроектстальконструкцин им. Н. П. Мельникова, ЦНИИ строительных конструк ций нм. В. А. Кучеренко, Госстроя СССР,
ВНИИ железнодорожного транспорта, Мос ковском институте инженеров железнодорож ного транспорта им. В. Н. Образцова, Москов ском инженерно-строительном институте им. В. В. Куйбышева, Ростовском институте сельскохозяйственного машиностроения,
В предлагаемой монографии авторы попы тались обобщить результаты выполненных теоретических и экспериментальных исследо ваний, касающихся определения предельных размахов деформаций и напряжений на стаднп
зарождения и развития усталостных трещин |
вым, |
В. И. Дворецким |
и В. В. Кнышом, |
|||||||||||||
в мало- и многоцпкловой области при регуляр |
вторая — В. И. Труфяковым, В. В. Якубов |
|||||||||||||||
ном, случайном и двухчастотном видах нагру |
ским и 10. |
Ф. Кудрявцевым, третья — В. И, |
||||||||||||||
жения сварных соединений. Вопросы рассмат |
Труфяковым, П. П. |
Михеевым |
и |
В. |
В. |
|||||||||||
риваются как в детерминированной, так и в ве |
Кнышом, |
четвертая — В. |
В. |
Якубовским, |
||||||||||||
роятностно-статистической постановке. Ос |
пятая — В. |
В. |
Кнышом, |
шестая, |
седьмая |
|||||||||||
новным |
материалом |
для такого |
обобщения |
и |
восьмая — В. |
И. |
Дворецким, девятая — |
|||||||||
послужили результаты многолетних |
иссле |
В. И. Труфяковым и В. С. Ковальчуком. |
|
|||||||||||||
дований |
Института |
электросварки |
им. |
|
Многие |
приведенные в книге |
данные |
мо |
||||||||
Е . О, Патона АН УССР. Использованы |
гут быть использованы Госстандартом |
СССР |
||||||||||||||
также данные других организаций, отдельных |
при |
разработке |
руководящих |
документов, |
||||||||||||
авторов, |
документы |
Международного |
инсти |
касающихся расчетов и испытаний на проч |
||||||||||||
тута сварки и научно-технического сотрудни |
ность, а ведомственными организациями — |
|||||||||||||||
чества в |
рамках |
СЭВ по проблеме «Сварка». |
при очередном пересмотре норм проектирования |
|||||||||||||
Глава |
первая |
написана В. И. |
Труфяко- |
и |
изготовления сварпых конструкций. |
|
|
ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
•— накопленное усталостное по вреждение;
В— мера повреждения;
Е— модуль упругости;
/» /* — частота соответственно низ |
||
|
кочастотных |
и высокочастот |
|
ных напряжений двухчастот |
|
|
ного нагружения; |
|
в |
— модуль сдвига; |
|
К |
— коэффициент |
интенсивности |
напряжений; К 1с — вязкость разрушения соответ
ственно при плоском напря женном состоянии и при плос кой деформации;
К ]0 — циклическая вязкость разру
шения; |
|
& т »т, /Гт!п — максимальный |
и минималь |
ный коэффициенты интенсив |
|
ности напряжений цикла; |
|
К г — коэффициент |
интенсивности |
остаточных напряжений; |
|
К 6 — коэффициент |
концентрации |
упруго-пластических дефор |
|
маций; |
|
К а — эффективный |
коэффициент |
концентрации напряжений; |
|
/Г^ — коэффициент |
концентрации |
упругопластическнх напряже ний;
I — длина трещины;
/к — начальная и критическая длина трещины;
т— показатель наклона круто падающего участка кривой усталости;
N — циклическая долговечность; ДГб — база испытаний; /\ГВ — число циклов до разруше
ния; ДГ8 — число циклов до зарождения
трещины;
— абсцисса точки перелома кри вой усталости;
Д |1 — циклическая долговечность соответственно 1-го образца ж
/-го образца на I-м уровне;
Еф — фиксированное число циклов; Я| — накопленное число циклов при действии 1-го напряже
ния; Р1$ — вероятность разрушения со
ответственно 1-го и /-го об
разцов на *-м уровне; В.0 — коэффициент асимметрии цик
ла напряжений; Гзд —- коэффициент взаимной кор
реляции между х и у; 8 Х — дисперсия случайной величи
ны х; а — скорость нагружения;
аа — теоретический коэффициент
концентрации напряжений; Д/Г — размах коэффициента интен
сивности напряжений цикли;
А/^е//»
д— размах соответственно эффек тивного, критического и по рогового коэффициентов ин тенсивности напряжений цик ла;
До — размах напряжений цикла;
са — амплитуда деформаций цикла;
еаа* ®«р |
и пластическая |
со |
|
|
ставляющие |
амплитуды |
де |
|
формаций; |
|
|
оя — номинальное |
значение |
де |
|
|
формаций; |
|
|
х— коэффициент изменения дол говечности при двухчастотном
нагружении; оа — амплитуда напряжений цик
ла;
ов — временное сопротивление ма териала;
он — номинальное напряжение в элементе;
°т> °тах» ат т — среднее, максимальное и ми
нимальное напряжения цик ла;
°тах» ат т — максимальное и минимальное напряжения цикла в зоне концентратора;
Од — предел выносливости; оКц — предел ограниченной вынос
ливости; ГТЛк — предел выносливости образ
ца с концентратором напря жений;
от — предел текучести материала;
аост — исходные остаточные свароч ные напряжения;
аост — установившиеся остаточные напряжения;
о0, а_! — предел выносливости при отнулевом и симметричном цик лах напряжений;
-ф — относительное сужение образ ца;
\|>а — коэффициент чувствительно сти к асимметрии цикла на пряжений