Сварные конструкции1 134-199стр. (Сварные конструкции), страница 11

Точное определение напряжений и деформаций при сварке проводят методами теории пластичности [З], как правило, с использованием метода конечных элементов на мощных ЭВМ. Все тело рассматриваемой пластины разбивают на конечные элементы, более мелкие в зоне нагрева и более крупные в малонагретых частях пластины. Процесс сварки разбивают на небольшие отрезки времени. Сначала напряжения и деформации вычисляют в конце первого отрезка времени Δt1 и находят поле упругих и пластических деформаций. Затем, зная поле пластических деформаций в конце Δt1 и приращение температурных деформаций на отрезке времени Δt2, определяют упругие и пластические деформации в конце Δt2. Решение продолжают до получения установившегося характера напряжений и деформаций при сварке пластины. В этом методе могут быть учтены любые изменения свойств металла, вызванные изменением температуры и пластической деформацией. Метод позволяет получить напряжения σx, σy, σz и все компоненты деформации в элементах пластины.

Аналитические методы решения ввиду сложности сварочных задач большого распространения не получили.

§ 5. Экспериментальные методы определения сварочных напряжений

Существуют экспериментальные методы определения остаточных напряжений: рентгеновский, магнитный, ультразвуковой и механические. Чаще используют механические методы, которые основаны на измерении деформаций металла при освобождении его от остаточных напряжений. Сварочные напряжения определяют, например, для анализа напряженного состояния при исследовании выносливости соединений, сопротивляемости разрушению при наличии трещин, коррозионной стойкости, а также в целях установления эффективности использованных методов снижения собственных напряжений при сварке, после сварки или термической обработки и для определения усадки и возникающих при этом перемещений. В качестве измерительных преобразователей перемещений часто используют механические приборы и тензорезисторы, значительно реже — индуктивные и пневматические преобразователи. Рассмотрим пример определения одноосных остаточных напряжений σx в сварной

п ластине (рис. 7.10, а). До разрезки пластины на полосы (рис. 7.10, б) на ней делают специальные отверстия на расстоянии Б для установки на них механических мерительных приборов или наклеивают тензорезисторы. Размер баз Б несуществен (обычно 10 — 100 мм), так как предполагают, что напряжения в этом случае достаточно мало изменяются по длине. Чтобы учесть возможный изгиб, снимают показания приборов с двух сторон пластины. Затем пластину режут на полосы шириной b. Проводят последующие измерения и по разности показаний приборов определяют деформацию εx и остаточные напряжения:

σxост = εx/E (7.16)

Можно вырезать поперечную полоску размером L1 (рис. 7.10, в), который не должен быть более bп т.е.половины

ширины зоны пластических деформаций 2bп. При этом одноосные напряжения также снимаются достаточно полно.

Для определения двухосных напряжений базы Б и квадратики при разрезке нужно брать по возможности меньших размеров (рис. 7.10, г) и в общем случае иметь в каждом квадратике не по две, а по три базы (рис. 7.10, д) для определения σx, σy и τxy. Если есть уверенность, что касательные напряжения τxy малы, то, чтобы вычислить остаточные напряжения, достаточно измерить возникающие в результате разрезки деформации εx и εy по двум главным направлениям:

Двухосные остаточные напряжения на поверхности массивных тел определяют аналогично описанному выше для пластины. Металл вокруг мерительных баз подрезают по кольцу кольцевым сверлом или по квадрату фрезами на глубину не менее 0,6 размера стороны квадрата или диаметра.

199