Том 1. Прочность (1041446), страница 46
Текст из файла (страница 46)
8.20, в дугой АВС. Центр тяжести этой дуги находится в точке О„а е — плечо усадочной силы. Ввиду малого момента инерции дуги АВС относительно оси 1 — 1, проходящей через точку О„возникает значительный изгиб образующей короткой оболочки, обозначенный ~, (рис. 8.20, а). Форма оболочки искажается: размер О, в середине цилиндра становится меньше, а В, на краю — больше, чем диаметр 0 до сварки. В длинных оболочках их концевые участки испытывают подобные перемещения.
Кольцевые швы в 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 прямоутольника 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. Если элемент приварен снаружи угловыми швами, то оболочка под этим местом становится плоской или сильно умень.шается ее кривизна.
При работе сосуда под внутренним давлением в таких местах появляются дополнительные напряжения, вызванные уменьшением кривизны. в 5. Потеря устойчивости листовых элементов от еварки 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 тон- аl -в~ ких (до 3 — 4 мм) листов. Рус Встречаются два типа задач, связанных с потерей ус- Рус Рус тойчивости, существенно отличающихся по сложности В) а,. ьсас решении: 1.
Определение возможности потери устойчивости. 2. Определение перемещений после потери устойчи- В) вости. Задачи первого типа про- асас ще — для их решения требуется найти критические силы Рис. 8.21. По~еря устойчивости сварной двутавровой балки 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 действукщнх 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 Ь, и длиной 1, длинные стороны которой считаем находящимися в жесткой заделке, так как они приварены к поясам. Усадочные силы 2Р, на некотором расстоянии от концов создают равномерное сжатие о, = 2Р„~Р, где Р— площадь поперечного сечения балки. Поэтому пластина нагружена г) Рис. 8.23. Определение максимального прогиба стенки сварного двутавра, потеряв- р шей устойчивость дар 225 по коротким сторонам напряжениями гг, . Критические напряжения для этого случая нагружения гг.„= 7л'Е (в,М,)'/[12 (1 — р'Н.
(8.29) Если гг, ) о„, произойдет потеря устойчивости. Полка также может потерять устойчивость. Половина полки шириной около В/2 предстазляет собой пластину, заделанную только по одной длинной стороне (рис. 8.21, в). Пластина нагружена напряжениями о, . Критическое напряжение для такой пластины бкр — — 1,33л Е (2вя/В)'/~12 (1 — р')~. (8.30) При приварке листа к каркасу нахлесточным соединением (рис. 8.22, а) основные перемещения создаются усадочными силами — фактор поперечной усадки крайне мал. Поэтому лист а) й 6 Рис.
8.22. Листовые элементы, теряющие устойчивость в сварных конструкциях рассматриваем как прямоугольную пластину, заделанную по всем четырем сторонам, с напряжениями сжатия вдоль пластины 2Ру,/(вВ,) и поперек пластины 2Р„,/(вВ,), где в — толщина листа. В плоских элементах оболочек также встречаются примеры потери устойчивости. При вварке круглых элементов в плоский лист (рис. 8.22, б) в нем возникают радиальные напряжения растяжения о, и окружные напряжения сжатия оа.
Последние чаще всего вызывают потерю устойчивости. Радиальные критические напряжения зависят от радиуса г„, ограничивающего зону пластических деформаций и толщины листа в: ог = ЗЕ (в/г „)а/~12 (1 — и')1. (8.3!) В большинстве случаев, если не рассматривать металлы, испытывающие структурные превращения при невысоких температурах, остаточные напряжения гг„при г = г„примерно равны о,/1/3. Если а,/'1~3 ) о,, то будет потеря устойчивости.
Крупные листы 'кр' (рис. 8.22, б) теряют устойчивость, имея по периметру обычно две впадины и две выпуклости. Чем меньше отношение наружного радиуса листа к г„, тем больше волн возникает в. листе, Плоские днища также теряют устойчивость под действием радиальных напряжений сжатия (рис. 8.22, в). Жесткость .края цилиндрической оболочки в радиальном направлении намного меньше, чем жесткость днища в его плоскости. Поэтому радиальные напряжения сжатия о, = Р„,/(гв), возникающие от усадочнсй силы в угловом соединении, почти полностью воспринимаются днищем. Критические напряжения для круглой, заделанной.по контуру, пластины сг, = 1,49л'Е (д/г)'/~12 (1 — р')1, а в случае шарнирного опирания о, = 0,425л'Е (в/г)а/~12 (1 — р')1.
(8.33) Рассматриваемый случай является промежуточным, так как край оболочки, к которому приварено днище, нельзя считать жесткой-заделкой. Оценку устойчивости можно дать по коэффициенту, среднему между 1,49 и 0,425, т. е. близкому к 1. в/ а/ ~таХ гр Тонкие листы (в~ 1 мм) со стыковым соединением теряют устойчивость и в процессе сварки. Для предотвращения этого их прижимают к подкладке, оставляя минимальное расстояние от зажимного клавиша-до стыка, необходимое для прохода горелки и наблюдения (рис.
8.22, г). Во многих случаях листовые элементы в сварных конструкциях все же теряют устойчивость. Если уровень выхода листов из плоскости не выше допустимого, то к правке не прибегают. Для определения перемещений при напряжениях выше критических необходимо располагать зависимостями между ними при сг) о„р. Рассмотрим порядок решения задачи второго типа также на примере вертикальной стенки двутавра (рис. 8.23, а). Будем полагать, что пояса устойчивости не теряют. На графике (рис.
8.23, б) по горизонтальной оси отложено продольное укорочение балки Л„р по мере роста усадочных сил в поясных швах. Прсдольная деформация вяр = Лпр/!. В поярах будет линейно увеличиваться сила Р„== 2Е„е„рЕ, где 2ń— площадь поперечного сечения обоих поясов. В стенке до потери устойчивости (точка А) сила Р, = = Е,епрЕ также будет расти линейно. Затем Р, зависит нелинейно от Л„р. Сумма Р„+ Р, = Ря должна составить 2Р,— это происходйт в точке В.
После потери устойчивости в точке А стенка будет искривляться (рис. 8.Ж, а), образуя волны с максимальным отклонением от оси те„,„, которое также нелинейно зависит от Ляр и 6 р Если известны функции Р (вяр) и тощ (Ядр)1 то можно графически найти точку В, а затем и ыт,„в этой точке. Листы со стыковым соединением представляют собой наименее жесткие элементы и легко теряют устойчивость. Искривление носит сложный характер,(рис.8.24, а) — имеется одинаковая кривизна 1Я по всей длине пластины 1 н переменная в поперечном сечении 1 — 1. И К Аж~сМ напряжений (пунктирная линия) равновесие соответствует плоской форме. Момент усадочной силы на плече ОО, (рис.
8.24, 'а) вызывает равномерное искривление сваренной пластины. Чем больше Р „меньше з и В, тем сильнее искривляется пластина. Лишь очень узкие пластины (2В т 2Ь„) имеют малую кривизну. Тонкие листы после сварки практически всегда необходимо править, так как отклонения от плоскости достигают десятков миллиметров. Потеря устойчивости возникает у многих сварных конструкций: в обшивках кораблей, металлических вагонов, предметах бытовой техники. Устранение перемещений достигается, как правило, правкой.
о,8 Ю,? 0,2 88,882Ит8,878,Л8,824т ~ ~ Гси Рис. 8.24. Потеря устойчивости стыковык соединений листов Такая форма объясняется тем, что лист, изгибаясь по дуге окружности, располагает. зону 2Ь, с растягивающими напряжениями на минимальном радиусе Й„;„и частично снижает потенциальную энергию 'собственных напряжений. Затраты энергии на изгиб в двух направлениях меньше, чем изменение энергии от снижения собственных напряжений при разгрузке. Пластина занимает положение, обеспечивающее минимум потенциальной энергии в ней.
На рис. 8.24, б показано изменение потенциальной энергии в единице длины пластины в зависимости от кривизны 1/1с при 2В = = 300 мм, 2Ь„= 40 мм, з = 1,5 мм, Е = 21 10' МПа, р = 0,3 и различных начальных максимальных растягивающих напряжениях а в шве. Точки А соответствуют минимуму потенциальной энергии. Прн принудительном увеличении или уменьшении кривизны пластина после освобождения снова возвращается в положение устойчивого равновесия, Для пластины без остаточных $ 6. Изменение размеров элементов конструкций с течением времени, при механической обработке и в эксплуатации Размеры сварных конструкций при эксплуатации не должны выходить за пределы установленных допусков.
Для малоответственных узлов, не требующих дополнительной механической обработки, требования точности и стабильности размеров достигаются достаточно легко. Размеры сварных конструкций в станках, двигателях должны быть более точными — такие конструкции после сварки подвергаются механической обработке. Наиболее высокие требования предъявляют к деталям и узлам прецизионных станков, мерительных инструментов, гироскопических приборов. Потеря необходимой точности может возникнуть в процессе эксплуатации.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
