Конспект (часть 4) (Конспект лекций 4302), страница 2

элементы теряют устойчи­вость. Закручивание ба­лок длиной L с закрытым профилем

например коробчатых

может воз­никать вследствие смеще­ния при приварке сте­нок к поясу (рис. 8.J8, в). Такое смещение равно­сильно по своему дейст­вию приложению фиктив­ных крутящих моментов М (рис. 8.!8 , г). Угол закручивания балки от смеще­ния в одном шве

(8.26)

где L — длина балки; — удвоенная площадь, охватываемая средней линией тонкостенного сечения.

Для примера, изображенного на рис. 8.18, б, сечение имеет удвоенную площадь

Если швы сварены в противоположных направлениях, то за­кручивание от отдельных швов суммируется. Если швы / и 4 и швы 2 и 3 сварены в разных направлениях, то угол будет в четыре раза больше, чем при сварке одного шва. Закручивание балок тем больше, чем меньше и больше L. Закручивание возни­кает вследствие неодновременной поперечной усадки углового шва по его длине (рис. 8.18, д).. Значи­тельное кручение может возникать у тонкостенных открытых профилей при укладке продольных швов, расположенных вне осей симметрии.

Для рамных конструкций специфическим искажением формы является так называемая пропеллерность, при которой противоположные углы выступают из плоскости рамы в разных направ­лениях.

При сварке двутавровых балок, особенно с широкими полками, "Существенное искажение формы вызывают угловые перемещения При сварке поясных швов (см. рис. 8.6). В балках в результате сварки возможна потеря устойчивости стенок или полок..

Перемещения в оболочках

В оболочках возникают временные и остаточные перемещения. От временных перемещений при сварке кольцевых швов частично зависят конструкции приспособлений и оснастка. Например, пре­дотвратить радиальные перемещения в тонкостенных оболочках (см. рис. 8.10) можно прижатием кромок роликами, перекатываю­щимися впереди сварочной горелки, или использованием охваты­вающего жесткого кольца. Во вто-*ром случае сварку необходимо вы­полнять изнутри.

В толстостенных оболочках при электрошлаковой сварке радиаль­ные перемещения незначительны, но возникают перемещения v по­перек шва, которые сильно из­меняют сварочный зазор в про­цессе сварки. Ввиду пространст­венного расположения стыка в от­дельных местах периметров воз­никает значительное закрывание зазора, которое, будучи И зафик­сировано швом, после полного остывания превращается в остаточные перемещения. Наибольшая поперечная усадка возникает в зоне около 0,4 периметра, считая от места начала сварки. Это вызывает излом продольной оси сва­риваемого цилиндра. При больших длинах цилиндров или осей -необходимо проводить предварительную сборку, создавая клино­видный зазор.

Рассмотрим остаточные перемещения. В кольцевых швах тон­костенных цилиндрических оболочек после сварки возникает окруж­ная усадочная сила, которая действует на оболочку аналогично распределенной нагрузке (рис. 8.19, а), повторяющей характер эпюры продольных остаточных пластических деформаций

(8.27)

где — толщина стенки оболочки; — радиус цилиндрической оболочки. В результате образуется местный изгиб и уменьшение диаметра в зоне кольцевого шва (рис. 8.19, б), которое распростра­няется примерно на длину Макси-

мальный радиальный прогиб может составлять около 0,5 — 2,0 мм. Использование при сварке жесткого подкладного кольца умень­шает Для приближенных расчетов перемещений в оболочке нагрузку на рис. 8.19 можно принимать равномерно распределен­ной по ширине зоны пластических деформаций :

(8.28)

При сварке алюминиевых оболочек радиальные перемещения ;' во внешнюю сторону в процессе сварки оказываются настолько значительными, что возникает изгиб краев оболочек, который фик­сируется швом. Последующее остывание хотя и создает дополни­тельные перемещения, аналогичные представленным на рис. 8.19, б, но не может полностью устранить ранее возникший изгиб. Остаточ­ные перемещения в алюминиевых оболочках направлены обычно наружу.

При выполнении продольных швов оболочек заметные времен­ные перемещения возникают при электрошлаковой сварке, в особенности при сварке одно­ временно двух швов на заготовках полуцилиндрической формы. Перемеще­ния возникают такие же, как при электрошлаковой сварке стыковых соедине­ний. Остаточные перемещения от продоль­ных швов в длинных цилиндрических оболочках диаметром D состоят из

прогиба . (рис. 8.20, б), который вычисляется, как в балках, по формуле (8.14) при извест­ных усадочной силе и моменте инерции кольцевого сечения оболочки, а также местных искажений формы окружности на тор­цах, характер которых будет понятен, если рассмотреть короткую оболочку на рис. 8:20, а. В короткой оболочке изгибу от усадочных

Рис. 8.20. Перемещения в цилиндрических оболочках от продольных швов

сил сопротивляется не весь периметр оболочки, а лишь часть его, показанная на рис. 8.20, в дугой ABC. Центр тяжести этой дуги находится в точке , а — плечо усадочной силы. Ввиду малого момента инерции дуги ABC относительно оси 1—/, про­ходящей через точку возникает значительный изгиб образую-, щей короткой оболочки, обозначенный (рис. 8.20, а). Форма оболочки искажается: размер в середине цилиндра становится меньше, а на краю — больше, чем диаметр D до сварки. В длин­ных оболочках их концевые участки испытывают подобные пере­мещения. Кольцевые швы

сферических оболочках создают пере­мещения, аналогичные перемещениям от кольцевых швов в цилин­дрических оболочках.

К оболочкам часто приваривают штуцера, патрубки, горловины, элементы крепления, швы которых имеют либо форму кольца в сферических, либо форму прямоугольника или кольца (в плане) в цилиндрических оболочках. Размеры этих швов обычно намного меньше, чем диаметры оболочек. Искажение в первую очередь выражается в приближении привариваемого элемента к центру оболочки

Потеря устойчивости листовых элементов от сварки

Под действием усадочных сил в элементах

конструкций воз­никают напряжения сжатия, вызывающие потерю устойчивости, которой в основном подвержены листовые элементы толщиной до 10—15 мм. Особенно зна­чительны перемещения у тон­ких (до 3- -4 мм) листов.

Встречаются два типа за­дач, связанных с потерей ус­тойчивости, существенно от­личающихся по сложности решения: 1. Определение воз­можности потери устойчиво­сти. 2.

Определение переме­щений после потери устойчи­вости.

Задачи первого типа про­ще — для их решения требу­ется найти критические силы и напряжения. Устойчивость элементов может рассматри­ваться либо в отношении только собственных сварочных напря­жений, либо, если необходимо определить устойчивость в период эксплуатации, в отношении рабочих и собственных напряжений. Решение таких задач включает в себя: а) определение формы, размеров и условий закрепления элемента, который может потерять устойчивость; б) определение действующих сил и напряжений; в) определение критических сил и напряжений и сравнение их с действующими..

Рассмотрим ход решения задачи на примере сварной двутавро­вой балки (рис. 8.21, а). Усадочные силы вызывают в продольном направлении сжатие стенки и поясов, которые могут потерять устойчивость. Стенка представляет собой прямоугольную пластину (рис. 8.21, б) шириной и длиной длинные стороны которой считаем находящимися в жесткой заделке, так как они прива­рены к. поясам. Усадочные силы на некотором расстоянии от концов создают равномерное сжатие площадь поперечного сечения балки. Поэтому пластина нагружена

по коротким сторонам напряжениямиКритические напряг

ния для этого случая нагружения

Если произойдет потеря устойчивости. Полка так

может потерять устойчивость. Половина полки шириной околов представляет собой пластину, заделанную только по одной дл! ной стороне (рис. 8.21, в). Пластина нагружена напряжениями а Критическое напряжение для такой пластины

(8.;

При приварке листа к каркасу нахлесточным соединена (рис. 8.22, а) основные перемещения создаются усадочны: силами — фактор поперечной усадки крайне мал. Поэтому т

рассматриваем как прямоугольную пластину, заделанную по вс< четырем сторонам, с напряжениями сжатия вдоль пластиь и поперек пластины , где — толщина лист

В плоских элементах оболочек также встречаются пример потери устойчивости. При вварке круглых элементов в плосю лист (рис. 8.22, б) в нем возникают радиальные напряжения ра тяжения и окружные напряжения сжатия Последние чаи всего вызывают потерю устойчивости. Радиальные критичесм напряжения зависят от радиуса ограничивающего зону пл; стических деформаций и толщины листа s:

(8.3

В большинстве случаев, если не рассматривать металлы, испь тывающие структурные превращения при невысоких темперам pax, остаточные напряжения при примерно равны