Неровный В.М. - Теория сварочных процессов (1043833), страница 66
Текст из файла (страница 66)
=Л.„=Л.. =б. Находим приращения собственных деформаций за шаг: ~~сау данг "кар (11.12) (11.13) где индексы 1 и1 могут принимать значения х, у и г. Для дальнейшего расчета необходимо разделить тензоры напряжения и собственной деформации на две части: шаровые теизары (пхь ам), связанные только с изменением объема, и девнаторы (о- ), вязанные только с изменением формы. Их компоненты в начале шага определянпся по формулам: пахе+и ~+о„о ~ ех — (!)дй) +де +Лс ~Ъо = 3 (1122) где сш = Еао='Ъо- о п 1=,('; Еро=п,-о прн! (; (1115) Лей Лсей Лещ ПРН 1 у' М" Ле — при ! Ф 1, (1 1„16) Необходимо иметь зависимости от температуры обьемного модуля упругости К(Т) и модуля сдвига 6(Т) для данного материала„которые связаны с модулем Юнга Е и козффнцнентом Пуассона р формуламн Е Е К= — „6= —. (11.17) 1-2р" 2(1+р) Е обе +Ео,феу,+5 оЛе. Уо — мс1п * о;ось) 2Е бе „+25 „ойе +25 ~бе паде! ( и пт! = К(Т!) ~ =~~ — + ~и (,К(Т,) (! !.!й) Находим компоненты девнатора напряжения в конце шага (при температуре Т!) согласно закону Тука в предположении, что пла- стических деформаций на шаге не было: Е(з =2Ж~)'~ +де; ( обо (,2а(Т,) (11,19) Определяем интенсивность напряжений в конце цвга: 3(2 2ззз ~л = — (Я ~+5 ч ~.5 ~+25 ~+25 ~+25 ~~.
(11.2О) Если пл >птп значит, предпо~ож~~ие об отсутствии пластических деформаций на шаге неверно и найденные компоненты Я. ГД неправильные. Тогла необходимо вычислить интенсивность приращения деформации: Ле; = ~-~Ле. +Ле~ +Ле +2бе +2Ле +2Ле, ), (11.21) затем определить значения параметра пластической деформации в начале шага чо и в конце шага ~р Нужна также зависимость предела текучести от температуры оз(Т). Находим компоненты шарового тензора напряжения в конце шага при температуре Т!.
1 ~ и;о пот(Т!) ~ 2) 36(То) ЗЖ~)! сивность напряжения в начале шага, с = — — '+ среднее значение деформации текучести на шаге. После зтого находим компоненты девиатора напряжения в юнце шага: $~! = ~ — + — -(зйч! -зло) . (1123) п,(Т!) ! Я; осЬсо 2Ье; сйч! ~ аш Збс; Теперь определяем компоненты напряжения в конце шага: и;.! =Ей!+и„,! при (=у; а,-,-! =Еаз прн и~ ~. (11.24) Отдельный важный случай — сварочные напряжения на поверхности детали в условиях плоского напряженного состояния. Если ось Ог перпендикулярна к поверхности„ топ„ = О.
Известны только три компоненты деформации: е „, ау.,и с „' компоненты е и е можно принять равными нулю. Для расчета напряжений зя по формулам (11.12)-(11.24) необходимо на каждом шаге определять приращение деформации Ьа„. Это можно сделать путем итерационного решения нелпнейного уравнения о ! = О, !3 качестве первого приближения можно принять Ьц~,= -йс, — Лсс1т. 11.4.3. Более сложные модели поведении материала при сварке Математических трудностей при учете упрочнения и ползучестн, как правило, не возникает. Обычно принимают, что приращение пластической деформации на шаге решения состоит из двух с от времени, кота" частеи: мгновенной пластичности (не зависящей тем, что приведены в разд. 11.4.2) н деформации ползучестн, для сложности.
Для определения поведения материала при сва ке учетом и чнення и у ро и палзучести нужны серия диаграмм упрочне- ния (см. рис. 11.5) и чен диаграмм релаксации (см. рис. 11,б). Скорость снижения напряже- ний при релаксации зависит не талька аг температуры, но н чальных напряжений. ературы, но н от наНаибольшие ела н ж ости моделирования наведения матерцала связаны с большимн изменениями температуры ва время сварки.
логический ха кте, т. е. чести косят феиомсна" характер, т. е. дают математическое описание наблю- ских процессов. Поэтому остается неясным, в у очнение, м, в какон степени пр ~ , достигнутое при высокой темпера™ре, сох после ес понижения. туре, сохранится Аналогичные воп ы ползучестн. П н п рос возникают прн расчете деформаци" И тад а у .
р остоянных температуре н напряжении рос еф рмации палзучести изменяется. Вначале а скорость ся (не становив чаде ана замсдлясту ившаяся палзучесть), затем остается пост наблюдается ояннои, т. е. процесс, аналогичный упрочнению. Неясно, в какой степени зто упрачнение сохранится прн изменении температуры. рос настоягцее время можно получить только с помощью экспериментов.
Для каждого материал, ро дить расчеты сварочных напряжений, необходимо в- полнить масштаб ю а ную программу экспериментов, испытывая аб", н ходима выа-.,Тах н напряжениях, но так- разцы не толью при разных темпера-.,тах н н различными темпами же при различных скоростях изменения деформации в сочетании с ми повышения и понлжения температу . Эта возможно только в мках ра крупного научно-исследовательского йт'ъ~ры. а проекта, на ие в повседневной производственной практике.
Альтернативная расчетно-экспериментальная методика про д ние испытаний материала в условиях термодефо иона вклю- ционного цикла с ки. Образец сварки. Образец испытывают на растяженне- сжатие или на чение в кру специальнои испытательной установке, нагревательное устройспю которой обеспечивает в образце такой же цикл изменения темп я температуры, как н в исследуемой точке свар- ной конструкции при сварке. Одновременно с этим с помощью устройства натруженна задают такой цикл изменения д ' мацнн, при котором за каждый ы промежуток времени Лг интенсивность пня д ' рмацнн, 546 ррш;фр ц Л ( фр уу(Ц22))буд й как в исследуемой точке конструкции. При этом весь металл образца проходит тот же термодеформационный цикл, что и исследуемая точка сварной конструкции, — в ием протекают в тай же последовательности и том же взаимодействии процессы упрачнения, ползучести, структурных превращений и т.
д. Поэтому измеряемая на образце и записываемая в процессе испытания интенсивность напряжения аф) является комплексной рсыцией металла образца на термодеформационный цикл. Прн расчете напряжений по формулам (11.12)-(! 1.24) значения а,(г) подставляют вместо предела текучести а,. Такой подход требует проведения достаточно сложного испытания для каждой анализируемой точки сварной конструкции, но практически не требует предварительных исследований свойств материала. 11,4.4. Расчетные методы Наиболсс современным и точным способом определения напряженно-деформированного состояния как на поверхности, так н в глубине деталей является моделирование сварочных процессов на компьютере методом конечных элементов. Существует много авторских и профессиональных программных комплексов для больших и персональных компьютеров, которые различаются па сложности доступных для моделировании конструкций н по полноте охвата процессов, протекающих при различных способах сварки, Расчет сварочных деформаций и напряжений состоит нз определению а) температурных полей прн сварке; б) механических свойств материала, зависящих от температуры; в) температурных деформаций и деформаций от структурных превращений; г) собственных деформаций, напряжений н перемещений.
В результате моделирования определяют сначала временные, а затем остаточные напряжения, деформации н перемещения. Продолжение процесса моделирования для стадии эксплуатации сварной конструкции позволяет определить характер взаимодействия остаточных напряжений с рабочими напряжениями, возникающими при эксплуатационных нагрузках. Для проведения расчета кроме информации о форме н размерах конструкции необходимы следующие исходные данные: 1) характеристики сварочного источника нагрева (мощность и ее распределение па пятну нагрева„скорость сварки, порядок укладки швов), условия теплоотвала и температурные зависимости теплофизическнх свойств материалов (коэффициентов теплаемкости ср, теплопроводнасти )„теплаотдачи с поверхности цт). Справочные данные приведены в разд.
5.1; 2 ) характеристики температурного расширения (днлатограммы) материалов, образующих сварное соединение. В случае сварки разнородных материалов или применения прнсадочного материала, отличающегося от основного, эти характеристик~ для разных зон соединения могут не совпадать. Для приближенных расчетов используют усредненную дилатограмму, соответствующую линейной зависимости Ле = аЛТ.
Точное построение днлатограммы требует проведения испытаний в условиях, близких к реальному сварочному циклу; 3) механические свойства материала для расчета деформаций н напряжений в низкотемпературной зоне, где не возникают пластические деформации, могут быль предспшлены модулем упругости Е и коэффициентом Пуассона и. Более точные методы, учитывающие пластические деформации, упрочнеине и ползучесгь, требуют для каждого материала проведения испьпаннй при различных напряжениях, температурах и скоростях деформации. Получаемые в серии таких испытаний характеристики могут быль использованы при расчете сварочных деформаций и напряжений.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
