Прогнозирование предельных амплитуд цикла напряжений сварных соединений с установившимися остаточными напряжениями

В работе предложена методика определения диаграмм предельных амплитуд цикла сварных соединений с установившимися остаточными напряжениями растяжения по результатам испытаний малогабаритных образцов, которую можно рассматривать в качестве экспресс-метода расчета характеристик сопротивления усталости...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2016
1. Verfasser:	Дегтярев, В.А.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України 2016
Schriftenreihe:	Автоматическая сварка
Schlagworte:	Научно-технический раздел
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/147465
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Прогнозирование предельных амплитуд цикла напряжений сварных соединений с установившимися остаточными напряжениями / В.А. Дегтярев // Автоматическая сварка. — 2016. — № 10 (757). — С. 16-21. — Бібліогр.: 23 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-147465
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1474652025-02-09T14:07:30Z Прогнозирование предельных амплитуд цикла напряжений сварных соединений с установившимися остаточными напряжениями Prediction of limiting amplitudes of cycle of stresses of welded joints with steady-state residual stresses Дегтярев, В.А. Научно-технический раздел В работе предложена методика определения диаграмм предельных амплитуд цикла сварных соединений с установившимися остаточными напряжениями растяжения по результатам испытаний малогабаритных образцов, которую можно рассматривать в качестве экспресс-метода расчета характеристик сопротивления усталости сварных соединений при отсутствии возможности проведения полномасштабных исследований и представлены соответствующие расчетные зависимости. Анализ литературных данных для разных типов сварных соединений показал удовлетворительное соответствие экспериментальных и расчетных значений пределов выносливости сварных соединений низкоуглеродистой и низколегированной сталей невысокой прочности. Установлено, что все диаграммы предельных амплитуд цикла сварных соединений с установившимися остаточными напряжениями заканчиваются на линии, где каждая точка при разных средних напряжениях цикла соответствует минимальной предельной амплитуде цикла сварного соединения со своим значением предельного установившегося остаточного напряжения, что обеспечивает реализацию предельного цикла напряжений. Показано, если при невысоких значениях установившихся остаточных напряжений относительное снижение пределов выносливости стыковых сварных соединений сталей разной прочности происходит практически на одинаковую величину, то с их повышением снижение предела выносливости стали с более высокими механическими характеристиками более значительно. In the work the method for determination of diagrams of limiting amplitudes of the cycle of welded joints with steady residual tensile stresses is proposed based on the results of tests of small specimens, which can be considered as an express method for calculation of characteristics of fatigue resistance of welded joints when there is no possibility to carry out full-scale investigations and the appropriate computational dependences are presented. The analysis of literature data for different types of welded joints showed satisfactory correlation of experimental and calculated values of fatigue limits of welded joints of low-carbon and low-alloyed steels of a low strength. It was established that all the diagrams of limiting amplitudes of the cycle of welded joints with steady residual stresses are finished on the line, where each point at different mean stresses of the cycle corresponds to the minimum limiting amplitude of the cycle of welded joint with its value of limiting steady residual stress, which provides realization of limiting stresses of cycle. It was shown that if at the low values of steady residual stresses the relative reduction in fatigue limits of butt welded joints of steels of different strength is occurred almost for the same value, then with their increase, the reduction of fatigue limit of steel with higher mechanical characteristics is more significant. 2016 Article Прогнозирование предельных амплитуд цикла напряжений сварных соединений с установившимися остаточными напряжениями / В.А. Дегтярев // Автоматическая сварка. — 2016. — № 10 (757). — С. 16-21. — Бібліогр.: 23 назв. — рос. 0005-111X DOI: https://doi.org/10.15407/as2016.10.03 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/147465 539.4.014 ru Автоматическая сварка application/pdf Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Научно-технический раздел Научно-технический раздел
spellingShingle	Научно-технический раздел Научно-технический раздел Дегтярев, В.А. Прогнозирование предельных амплитуд цикла напряжений сварных соединений с установившимися остаточными напряжениями Автоматическая сварка
description	В работе предложена методика определения диаграмм предельных амплитуд цикла сварных соединений с установившимися остаточными напряжениями растяжения по результатам испытаний малогабаритных образцов, которую можно рассматривать в качестве экспресс-метода расчета характеристик сопротивления усталости сварных соединений при отсутствии возможности проведения полномасштабных исследований и представлены соответствующие расчетные зависимости. Анализ литературных данных для разных типов сварных соединений показал удовлетворительное соответствие экспериментальных и расчетных значений пределов выносливости сварных соединений низкоуглеродистой и низколегированной сталей невысокой прочности. Установлено, что все диаграммы предельных амплитуд цикла сварных соединений с установившимися остаточными напряжениями заканчиваются на линии, где каждая точка при разных средних напряжениях цикла соответствует минимальной предельной амплитуде цикла сварного соединения со своим значением предельного установившегося остаточного напряжения, что обеспечивает реализацию предельного цикла напряжений. Показано, если при невысоких значениях установившихся остаточных напряжений относительное снижение пределов выносливости стыковых сварных соединений сталей разной прочности происходит практически на одинаковую величину, то с их повышением снижение предела выносливости стали с более высокими механическими характеристиками более значительно.
format	Article
author	Дегтярев, В.А.
author_facet	Дегтярев, В.А.
author_sort	Дегтярев, В.А.
title	Прогнозирование предельных амплитуд цикла напряжений сварных соединений с установившимися остаточными напряжениями
title_short	Прогнозирование предельных амплитуд цикла напряжений сварных соединений с установившимися остаточными напряжениями
title_full	Прогнозирование предельных амплитуд цикла напряжений сварных соединений с установившимися остаточными напряжениями
title_fullStr	Прогнозирование предельных амплитуд цикла напряжений сварных соединений с установившимися остаточными напряжениями
title_full_unstemmed	Прогнозирование предельных амплитуд цикла напряжений сварных соединений с установившимися остаточными напряжениями
title_sort	прогнозирование предельных амплитуд цикла напряжений сварных соединений с установившимися остаточными напряжениями
publisher	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
publishDate	2016
topic_facet	Научно-технический раздел
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/147465
citation_txt	Прогнозирование предельных амплитуд цикла напряжений сварных соединений с установившимися остаточными напряжениями / В.А. Дегтярев // Автоматическая сварка. — 2016. — № 10 (757). — С. 16-21. — Бібліогр.: 23 назв. — рос.
series	Автоматическая сварка
work_keys_str_mv	AT degtârevva prognozirovaniepredelʹnyhamplitudciklanaprâženijsvarnyhsoedinenijsustanovivšimisâostatočnyminaprâženiâmi AT degtârevva predictionoflimitingamplitudesofcycleofstressesofweldedjointswithsteadystateresidualstresses
first_indexed	2025-11-26T15:27:41Z
last_indexed	2025-11-26T15:27:41Z
_version_	1849867228530343936
fulltext	Т С Р 1 6 I ВТ Т С СВ Р УДк 539.4.014 ПРОГНОЗИРОВАНИе ПРеДел Ных АмПлИТУД цИклА НАПРяжеНИ СВАРНых СОеДИНеНИ С УСТАНОВИВ ИмИСя ОСТАТОчНымИ НАПРяжеНИямИ В. А. ДЕГТЯРЕВ Институт проблем прочности им. Г. С. Писаренко НАН Украины. 01014, г. киев-14, ул. Тимирязевская, 2. -m i : ips ipp. ie .u В работе предложена методика определения диаграмм предельных амплитуд цикла сварных соединений с установив- шимися остаточными напряжениями растяжения по результатам испытаний малогабаритных образцов, которую можно рассматривать в качестве экспресс-метода расчета характеристик сопротивления усталости сварных соединений при отсутствии возможности проведения полномасштабных исследований и представлены соответствующие расчетные зависимости. Анализ литературных данных для разных типов сварных соединений показал удовлетворительное соот- ветствие экспериментальных и расчетных значений пределов выносливости сварных соединений низкоуглеродистой и низколегированной сталей невысокой прочности. Установлено, что все диаграммы предельных амплитуд цикла сварных соединений с установившимися остаточными напряжениями заканчиваются на линии, где каждая точка при разных средних напряжениях цикла соответствует минимальной предельной амплитуде цикла сварного соединения со своим значением предельного установившегося остаточного напряжения, что обеспечивает реализацию предельного цикла напряжений. Показано, если при невысоких значениях установившихся остаточных напряжений относительное сни- жение пределов выносливости стыковых сварных соединений сталей разной прочности происходит практически на одинаковую величину, то с их повышением снижение предела выносливости стали с более высокими механическими характеристиками более значительно. Библиогр. 23, табл. 1, рис. 3. К л е в е л в а а ли уда на р ени ци ла реднее на р ение ци ла редел е у е и у ан вив ее а н е на р ение редел в н лив и диагра а редел н а ли уд ци ла многочисленные исследования свидетельствуют, что среди целого ряда факторов, определяющих несущую способность сварных металлоконструк- ций разного назначения, существенную роль игра- ют сварочные остаточные напряжения (ОН) 1, 2 . В наибольшей мере влияние ОН растяжения на пределы выносливости проявляется при симме- тричном цикле нагружения и заметно уменьша- ется вследствие более значительной релаксации с повышением уровня действующих напряжений или коэффициента асимметрии цикла R 3–5 . Поскольку снижение ОН происходит, главным образом, в течение нескольких десятков циклов нагружений до определенной величины, то ос- новную роль в понижении предела выносливости сварного соединения играет установившееся зна- чение остаточных напряжений ó îñò σ 6, 7 , методи- ка определения которого изложена в работе . Это должно отражаться на характере диаграмм предельных напряжений цикла (ДПНц) или предельных амплитуд цикла (ДПАц). если для сварных соединений без ОН предельная амплиту- да а зависит от среднего напряжения цикла m, то для всех типов сварных соединений разной прочности с высокими ОН такая зависимость не наблюдается. Поскольку определение диаграмм базируется, как правило, только на напряжениях от внешней нагрузки без учета ОН, то опреде- ление ДПАц сварных соединений, содержащих разный уровень ó îñò σ , может быть важным для искусственного регулирования остаточных напря- жений при прогнозировании предельного состо- яния сварных металлоконструкций. Несомненно наиболее достоверные данные можно получить при испытании натурных элементов металлокон- струкций, содержащих разный уровень ó îñò σ . Од- нако ввиду существенных материальных затрат количество экспериментальных исследований влияния уровня ó îñò σ на сопротивление усталости сварных соединений крайне ограничено. Поэтому разработка метода определения ДПНц или ДПАц сварных соединений с ОН по результатам испы- таний малогабаритных образцов представляется актуальной. Ранее в работе 9 предложен метод определения пределов выносливости сварных со- единений с высокими ОН по результатам испыта- ний малогабаритных образцов с учетом установ- ленного факта пересечения диаграмм предельных напряжений цикла. В работах , 10 было пред- ложено определение диаграмм предельных напря- жений цикла сварных соединений с разной вели- чиной исходных ОН по результатам испытаний малогабаритных образцов и рассчитан уровень предельного исходного остаточного напряжения, обеспечивающего реализацию предельного цикла В. А. Дегтярев, 2016 Т С Р 1 7I ВТ Т С СВ Р напряжений. Вместе с тем предложенные до на- стоящего времени методики не позволяют одно- значно ответить, где заканчиваются диаграммы предельных амплитуд цикла сварных соединений с разной величиной установившихся остаточных напряжений, почему они параллельны диаграм- ме предельных амплитуд цикла образцов без ОН. кроме этого, предложенные методики не нашли экспериментального подтверждения для разных типов сварных соединений, и неясно, могут ли быть применимы для сварных соединений с раз- ными механическими свойствами. В связи с этим в настоящей работе обоснован расчетный способ определения предельных амплитуд цикла сварных соединений с разным уровнем установившихся остаточных напряжений растяжения по результа- там испытаний малогабаритных образцов без ОН при сопоставлении с экспериментальными данны- ми и установлена причина, по которой диаграммы предельных амплитуд цикла сварных соединений с разной величиной ó îñò σ заканчиваются на линии, имеющей одинаковое значение минимальной пре- дельной амплитуды цикла, не зависящей от сред- него напряжения цикла. Анализ полученных результатов. При про- ведении испытаний при одном значении R диа- грамма предельных амплитуд цикла сварных об- разцов без остаточных напряжений (рис. 1, линия 1) обычно представляется в виде ' 1 , a m− σ σ = σ − ψ σ (1) где –1 — предел выносливости сварного соедине- ния при симметричном цикле напряжений ' mσ — текущее значение среднего напряжения цикла — коэффициент чувствительности к асимме- трии цикла напряжений, который определяется при известном значении предела прочности мате- риала в отношением –1/ в. Согласно этой зависимости предельная ампли- туда напряжений а зависит от среднего напря- жения ' mσ . Следует отметить, что в настоящей работе влияние теоретического коэффициента концентрации напряжений не учитывалось по причине принятого в работе 11 определения ДПНц или ДПАц только от действия номиналь- ных напряжений. Анализ экспериментально по- лученных результатов испытаний разных типов сварных соединений с высокими остаточными напряжениями показывает, что а в этом случае не зависит от ' mσ (линия 3) 4 . С ростом сред- него напряжения или коэффициента асимметрии цикла разница между предельными амплитудами сварных образцов с остаточными напряжениями и без них уменьшается и примерно в точке, соответ- ствующей пределу текучести т материала линии 1 и 3 пересекаются , 12 . В этом случае предель- ная амплитуда достигает своего минимального значения ï a σ при среднем напряжении mт (т. А) и имеет одинаковое значение для сварных соедине- ний без ОН и с таковыми. Величина ï a σ , при этом, может быть определена расчетным способом при известном значении предела выносливости свар- ного соединения без ОН как 1 .ï à òm− σσ = σ − ψ σ (2) Учитывая, что ï à ò òmσ = σ − σ , подставив в (2), можно записать, что 1 .1 ò òm σ −σ − σ σ = − ψ (3) Таким образом, зависимость для определения ï a σ можно представить в виде 1 .1 ï ò à σ σ −σ − ψ σ σ = − ψ (4) Проведенный ранее анализ литературных дан- ных 12 показал, если результаты исследований разных типов сварных соединений низкоуглеро- дистой и низколегированной сталей с установив- шимися остаточными напряжениями ó îñò σ пред- ставить в виде суммы предельной амплитуды цикла RД такого соединения и установившегося остаточного напряжения, которое рассматривает- ся в качестве статической составляюшей, т. е. ( ó îñòÄR RΣσ = σ + σ ), а среднее напряжение соответ- ственно в виде ' ó îñòmmΣσ = σ + σ , то, независимо от уровня остаточного напряжения все точки удов- летворительно ложатся на ДПНц сварных соеди- нений без остаточных напряжений, описываемую зависимостью Гудмана 11 ' m 1 (1 ) .m− σ σ = σ + − ψ σ (5) Причем, когда сумма исходных остаточных напряжений и напряжений от внешней нагрузки, Рис. 1. Схема определения диаграмм предельных амплитуд цикла сварных соединений с установившимися остаточными напряжениями: 1 — диаграмма предельных амплитуд цикла сварных образцов без остаточных напряжений 2 — расчет- ная диаграмма предельных амплитуд цикла сварных образ- цов с установившимся остаточным напряжением 3 — диа- грамма минимальных предельных амплитуд цикла Т С Р 1 8 I ВТ Т С СВ Р т. е. предела выносливости, не достигает предела текучести материала, то установившиеся ОН со- ответствуют исходным и в этом случае суммарные напряжения расположены на наклонном участке диаграммы. По достижении RΣ σ предела теку- чести материала происходит релаксация исход- ных ОН до установившегося уровня (предельного уровня) и, несмотря на полученные разные значе- ния ó îñò σ в зависимости от напряжения от внеш- ней нагрузки, обеспечивается реализация единого предельного цикла напряжений. В этом случае ре- зультаты испытаний образцов с разной величиной установившихся остаточных напряжений можно соответственно описать уравнением в виде ' 1 (1 )( ).ó îñòR mΣ − σ σ = σ + − ψ σ + σ (6) При отсутствии ОН уравнение (6) приобре- тает вид (5). Следует отметить, что приведенное выражение справедливо при условии, что влия- ние установившегося остаточного напряжения и среднего напряжения от внешней нагрузки на сопротивление усталости сварных соединений идентично. Следовательно, чувствительность сварных соединений с разной величиной устано- вившихся остаточных напряжений к асимметрии нагружения также должна быть одинаковой. кро- ме этого, надо иметь в виду, что выражение для определения установившегося остаточного напря- жения, носит идеализированный характер и дает приближенный расчет . Это связано с тем, что в процессе циклического деформирования, когда суммарные напряжения, как правило, превыша- ют предел упругости материала, в результате на- копления неупругих деформаций происходит по- цикловое снижение исходного ОН. Поэтому для более точного его определения необходимы до- полнительно экспериментальные сведения или о неупругом деформировании исследуемого мате- риала 13 , или диаграммах пределов циклической ползучести при заранее оговоренном допуске на остаточную деформацию, позволяющих снижать ОН на заданную величину 14 . Однако широкое использование указанной зависимости на практи- ке связано с доступностью быстрого определения входящих в него величин. факт наличия единой диаграммы позволяет, во-первых, подобрать требуемые режимы нагру- жения сварной конструкции для достижения в ней заданных ó îñò σ , во-вторых, определить диаграммы предельных напряжений цикла или предельных амплитуд цикла сварных соединений с заданной величиной ó îñò σ , базирующихся только на напря- жениях от внешней нагрузки, используя резуль- таты испытаний сварных соединений без ОН. Учитывая, что аД R – m , зависимость для определения ДПАц сварных образцов с заданной величиной установившихся остаточных напряже- ний (рис. 1, линия 2) можно представить в виде ' 1 ( ),ó àÄ îñòm− σ σ = σ − ψ σ + σ или (7) ' 1(1 ). ó îñò àÄ â m − σ + σ σ = σ − σ ( ) В этом случае наклонный участок диаграммы после совместного решения уравнений (1) и (7) смещается на величину ó à îñòσ ∆σ = ψ σ параллельно относительно ДПАц сварных образцов без ОН. Среднее напряжение от внешней нагрузки, при действии которого в сварном образце остается за- данное значение ó îñò σ , нетрудно определить, ре- шив уравнение (7) относительно ' mσ , учитывая, что 1( ) /ï à òmσ − ψ = σ − σ σ 1' .àÄ ó îñòm − σ σ − σ σ = − σψ (9) Особый интерес представляет ответ на вопрос, где заканчиваются ДПАц сварных соединений с заданной величиной ó îñò σ . После преобразования уравнения (2) относительно mт и совместного ре- шения уравнений (2) и (9) в конечном итоге полу- чим, что среднее напряжение для сварных образ- цов с установившимся остаточным напряжением, которое в этом случае будет предельным, и при этом ï àÄ à σ = σ , смещается по линии 3 на величи- ну ' ó ò îñòm m m∆σ = σ − σ = σ (т. В). Таким образом, ка- ждая точка на этой прямой при разных средних напряжениях цикла соответствует минимальной предельной амплитуде цикла сварного соедине- ний со своим значением предельного установив- шегося остаточного напряжения, что обеспечи- вает в конечном итоге реализацию предельного цикла напряжений. В качестве примера в таблице для разных ти- пов сварных соединений, выполненных из сталей разной прочности, приведены литературные дан- ные экспериментально полученных на базе 2 106 циклов пределов выносливости при симметрич- ном цикле нагружения при разных значениях ó îñò σ и их расчетные значения. В таблице также приве- дены экспериментальные значения пределов вы- носливости сварных соединений без остаточных напряжений. Сопоставление результатов расчет- ной оценки влияния установившихся ОН на пре- делы выносливости сварных соединений по пред- лагаемой методике и экспериментальных данных показало неплохое соответствие для сварных сое- динений низкоуглеродистых и низколегированных сталей невысокой прочности. Видно, что разница находится в пределах 3...11 мПа, что соответству- ет погрешности 6...20 . что касается сварного соединения низколегированной стали 10хСНД, то Т С Р 1 9I ВТ Т С СВ Р ввиду низкого предела выносливости небольшая разница в расчетном и экспериментальном значе- ниях приводит к заметной погрешности. кроме этого, анализ табличных данных показал, что для сталей высокой прочности (14хмДфР) предлага- емая методика расчета приводит к существенной погрешности. Это, по всей видимости, связано с тем, что имея удлиненный характер диаграмм пре- дельных амплитуд в сварных соединениях таких сталей при увеличении среднего напряжения ве- роятно развиваются с накоплением числа циклов такие процессы, которые не только могут повы- сить прочность металла, но и увеличивать при этом предельное значение амплитуды напряже- ний. В связи с этим диаграммы предельных на- пряжений или амплитуд могут иметь гиперболи- ческий характер 23 . Это еще раз свидетельствует о том, что часто используемые в литературе пред- положительные зависимости типа Смита или хея, описывающие поведение диаграмм исследуемых материалов, следует считать приближенными, не отражающими всей сложности и многофакторно- сти природы усталости сварных соединений. Тем не менее, анализ результатов позволяет сделать вывод о том, что при определенных затруднени- ях в проведении усталостных испытаний или от- сутствии экспериментальных данных представ- ленную методику можно использовать в качестве экспресс-метода расчетного определения уста- лостных характеристик сварных соединений ма- лоуглеродистых и низколегированных сталей с разной величиной ó îñò σ . чтобы определить коэффициент асимметрии цикла, при котором остаточные напряжения пол- ностью релаксируют, достаточно записать, что 2 .1 ï a Ä òR R σ σ σ = = σ− (10) Подставив в (10) выражение (2), после некото- рых преобразований можно установить, что пе- ресечение диаграмм предельных амплитуд цикла сварных соединений без остаточных напряжений и с установившимся уровнем остаточных напря- жений (рис. 1, линии 1 и 3) будет происходить при 12( ) 1 .ò ò mR − σ σ σ − ψ ⋅σ = − σ (11) коэффициент асимметрии цикла, при котором происходит пересечение диаграмм предельных амплитуд цикла сварных соединений с установив- шимся значением остаточного напряжения с ли- нией 3, нетрудно определить, зная что ï àÄ à σ = σ , а RД = ' ' àÄ ò òm m mσ + σ = σ − σ + σ . Подставив в (10) вы- ражение (7), можно записать, что ' ' 12( ) .1 ó îñò ò ò m m m R − σ σ σ σ − ψ σ − ψ σ σ − σ + σ = − (12) После некоторых преобразований получим, что Сопоставление экспериментальных и расчетных значений пределов выносливости разных типов сварных соедине- ний, выполненных из материалов разной прочности (МПа) Сталь, вид соединения Т ó îñò σ ï a σ mσ 1 ý − σ 1 ð − σ литературный источник Ст. 3, крестовое 300 0 127 21,5 - 27 ,5 151,5 40 2 ,5 31,5 -3,0 15 м16С, стыковое 237 0 160 72 - 165 0 116 76 72 4,0 16 14хмДфР, стыковое 600 0 450 20 - 5 0 0 110 70 40 30,0 17 4 Низкоуглеродистая, стыковое 300 0 230 56 - 244 15 10 69 59 10,0 09Г2С, с наплавками 317 0 150 60 - 257 107 120 95 5 10,0 1 Низкоуглеродистая с поперечными угловыми швами 240 0 175 6 - 172 0 0 60 6 - ,0 19 Ст.3, приварка поперечных ребер 260 0 220 40 - 220 0 0 40 3 2,0 20 4 10хСНД, приварка поперечных ребер 442 0 410 30 - 412 0 99 20 30 -10 21 4 09Г2С, стыковое 339 0 270 64 - 276 0 136 75 64 11,0 22 4 09Г2, стыковое 343 0 160 67 - 276 - 155 99 105 -6,0 9 Ст. 3сп, нахлесточное с фланговым швом с обваркой по контуру 230 0 195 27 - 203 0 54 35 2 7,0 1 4 ри е ание. Верхнее значение для образцов без остаточных напряжений, нижнее для образцов с установившимися оста- точными напряжениями. Т С Р 2 0 I ВТ Т С СВ Р 12( ) 1 .ò ó ò îñò mR − σ σ σ − ψ ⋅σ = − σ − σ (13) Таким образом, чем больше значение ó îñò σ , тем при меньшем значении R происходит пересече- ние диаграмм предельных амплитуд цикла свар- ных соединений с линией 3. Следует отметить, что степень влияния ОН на сопротивление уста- лости сварных соединений зависит не только от их уровня, но и от параметров внешней нагрузки, а также механических характеристик используе- мых материалов. Приведенные расчетные соот- ношения позволяют оценивать не только влияние ОН на пределы выносливости, но и рассчитывать усталостную прочность сварных элементов ме- таллоконструкций при искусственном регулиро- вании в них остаточных напряжений. В качестве примера расчета по предлагае- мой методике на рис. 2 представлен ряд диа- грамм предельных амплитуд цикла стыковых сварных соединений низкоуглеродистой ста- ли Ст.3сп ( т 300 мПа) и низколегированной 09Г2С ( т 340 мПа) с разным уровнем устано- вившихся остаточных напряжений. Видно, что ди- аграммы параллельны не только между собой, но и ДПАц сварных соединений без ОН. При этом их смещение друг относительно друга происхо- дит на величину, равную ó à îñòσ ∆σ = ψ σ . Заканчи- ваются все диаграммы в точках, расположенных на прямой 6, параллельной среднему напряжению цикла. Это означает, что независимо от уровня уста- новившихся остаточных напряжений, все диаграм- мы предельных амплитуд цикла имеют одинаковое значение минимальной предельной амплитуды ï a σ , равной 56 мПа для низкоуглеродистой и 64 мПа для низколегированной сталей при разном значе- нии среднего напряжения цикла, и это не противо- речит литературным данным 10 . В связи с этим можно отметить, что в действительности указан- ная прямая 6 является не диаграммой предельных амплитуд цикла сварных соединений с высокими ОН, как принято ее называть в настоящее время в литературе 4 , а скорее всего диаграммой мини- мальных предельных амплитуд цикла (ДмПАц), где каждая точка на указанной прямой не что иное, как совокупность пределов выносливости сварного соединения со своим значением предель- ного установившегося остаточного напряжения, обеспечивающего реализацию предельного цикла напряжений. что касается диаграмм предельных напряжений цикла, то такую прямую лучше на- звать диаграммой минимальных предельных на- пряжений цикла со своим значением предельного ó îñò σ . чувствительность стыковых сварных соеди- нений сталей разной прочности к величине ó îñò σ иллюстрирует рис. 3. Учитывая эксперименталь- ные и расчетные данные, на рисунке в относи- тельных координатах представлены зависимости изменения их пределов выносливости при симме- тричном цикле нагружения от величины устано- вившихся остаточных напряжений. Из анализа ри- сунка следует, что при небольших значениях ó îñò σ Рис. 2. Диаграммы предельных амплитуд цикла стыковых сварных соединений низкоуглеродистой стали Ст. 3сп (а) и низколегированной стали 09Г2С ( ): 1 — без остаточных напряжений 2–5 — с заданным уровнем остаточных напря- жений 6 — диаграмма минимальных предельных амплитуд цикла ( , — экспериментальные и расчетные значения пре- делов выносливости соответственно) Рис. 3. Влияние установившихся остаточных напряжений на пределы выносливости стыковых сварных соединений: 1 — низкоуглеродистая сталь Ст. 3сп ( т 300 мПа) — низко- легированная сталь 09Г2С ( т 340 мПа) — низколегиро- ванная высокопрочная сталь 14хмДфР ( т 600 мПа) Т С Р 2 1I ВТ Т С СВ Р относительное снижение пределов выносливости сварных соединений –1Д происходит практически на одинаковую величину. Однако с повышением ó îñò σ снижение предела выносливости сварных со- единений стали с более высокими механическими характеристиками более значительно, вследствие чего кривые расходятся. Например, при значе- нии ó îñò σ , равном 0,5 т, снижение предела вынос- ливости сварного соединения малоуглеродистой и высокопрочной стали происходит на 30 и 43 соответственно. если снижение предела выносли- вости сварного соединения стали 14хмДфР в два раза достигается при величине ó îñò σ , равной 0,6 т, то для сварного соединения стали Ст. 3сп почти при 0, 5 т. можно отметить, что практическая ценность рисунка заключается в представленной возможности определиться в выборе стали при наличии в элементах металлоконструкций извест- ной величины установившихся остаточных напря- жений без проведения дополнительных трудоем- ких исследований крупногабаритных образцов. Таким образом, представленную методику можно рассматривать в качестве экспресс-метода расчета характеристик сопротивления усталости сварных соединений, содержащих разный уро- вень установившихся остаточных напряжений, при отсутствии возможности проведения полно- масштабных экспериментальных исследований. Выводы 1. Предложен и экспериментально подтвержден метод определения диаграмм предельных ампли- туд цикла сварных соединений низкоуглеродистой и низколегированной сталей невысокой прочности с установившимися остаточными напряжениями. 2. Установлена закономерность изменения пре- делов выносливости стыковых сварных соедине- ний сталей разной прочности в зависимости от их механических характеристик и установившегося остаточного напряжения. 1. Дучинский Б. Н. Выносливость элементов сварных мо- стовых конструкций при переменных и знакоперемен- ных напряжениях / Б. Н. Дучинский // Исследование прочности сварных мостовых конструкций, вып. 20. – м: Трансжелдориздат, 1956. – С. 6–163. 2. Окерблом Н. О. Сварочные напряжения в металлокон- струкциях / Н. О. Окерблом. – м.–л.: машгиз, 1950. – 144 с. 3. o c er . Recommen tions on ti ue o we e components / . o c er // IIW ocument -1539-94- V- 45–94. – 112 p. 4. Труфяков В. И. Усталость сварных соединений / В. И. Труфяков. – к: Наукова думка, 1973. – 216 с. 5. Байкова И. П. Влияние внешней растягивающей нагруз- ки на сварочные деформации и напряжения / И. П. Бай- кова // Сварочное производство. – 1969. – 6. – С. 3–5. 6. Ряхин В. А. Долговечность и устойчивость сварных кон- струкций строительных и дорожных машин / В. А. Ряхин, Г. Н. мошкарев. – м.: машиностроение, 19 4. – 230 с. 7. Даусон Р. Вибрационное снятие напряжения и исследо- вание его эффективности / Р. Даусон // Теоретические ос- новы. – 19 0. – 102, 2. – С. 1–9. . Труфяков В. И. О влиянии остаточных напряжений на сопротивление усталости сварных соединений / В. И. Труфяков, . ф. кудрявцев, П. П. михеев // Автоматиче- ская сварка. – 19 . – 2. – С. 1–4. 9. ульгинов Б. С. О предельных напряжениях цикла свар- ных соединений с высокими остаточными напряжения- ми / Б. С. ульгинов, В. А. Дегтярев, В. В. матвеев // Проблемы прочности. – 19 4. – 3. – С. – 5 –61. 10. Труфяков В. И. Изменение сопротивления усталости сварных соединений под воздействием остаточных на- пряжений / В. И. Труфяков, П. П. михеев, . ф. кудряв- цев: труды III Всесоюзного симпозиума Остаточные технологические напряжения , (кутаиси, октябрь, 19 ). – м.: Институт проблем механики АН СССР, 19 . – С. 35 –364. 11. Серенсен С. В. Несущая способность и расчеты деталей машин на прочность / С. В. Серенсен, В. П. когаев, Р. м. нейдерович. – м.: машиностроение, 1975. – 4 с. 12. Дегтярев В. А. Оценка предельных напряжений цикла сварных конструкций с высокими остаточными напря- жениями по результатам испытаний малогабаритных образцов без остаточных напряжений / В. А. Дегтярев, Б. С. ульгинов // Проблемы прочности. – 200 . – 2. – С. 66– 1. 13. Усталость металлов. Влияние состояния поверхности и контактного взаимодействия / В. Т. Трощенко, Г. В. цы- банев, Б. А. Грязнов и др. . – к.: Институт проблем проч- ности им. Г. С. Писаренко НАН Украины. – 2009. – 664 с. – (Прочность материалов и конструкций т. 2). 14. Дегтярев В. А. Применение комплексной диаграммы предельных напряжений цикла для целей виброобработ- ки / В. А. Дегтярев, В. И. Власенко // Тяжелое машино- строение. – 1992. – . – С. 27–30. 15. Навроцкий Д. И. Прочность сварных соединений / Д. И. Навроцкий. – м.: машгиз, 1961. - 177 с. 16. Труфяков В. И. О роли остаточных напряжений в пони- жении выносливости сварных соединений / В. И. Труфя- ков // Автоматическая сварка. – 1956. – 5. – С. 90–103. 17. мюнзе В. х. Усталостная прочность сварных стальных конструкций / В. х. мюнзе. – м.: машиностроение, 196 . – 311 c. 1 . Труфяков В. И. Изменение остаточных напряжений в зо- нах концентрации напряжений при циклическом нагру- жении сварных соединений / В. И. Труфяков, О. И. Гуща, В. П. Троценко // Проблемы прочности. – 1976. – 12. – С. 14–17. 19. методические указания. Надежность в технике. Вероят- ностный метод расчета на усталость сварных конструк- ций: РД 50-694-90. – действительный от 01.07.91 . – м.: Издательство стандартов, 1991. – 4 с. 20. кудрявцев И. В. Усталость сварных конструкций / И. В. кудрявцев, Н. е. Наумченков. – м.: машгиз, 1976. – 271 с. 21. Попова м. м. Сопротивление усталости сварных сое- динений стали 14х2ГмР / м. м. Попова // металличе- ские конструкции кранов и исследование конвейеров. Тр. лПИ. – 197 . – 362. – С. 70–74. 22. ерегин л. П. Статическая и усталостная прочность свар- ных стыковых соединений стали 09Г2С, выполненных по грунту и прокатной окалине / л. П. ерегин, Н. е. На- умченков // Сварочное производство. – 1971. – 11. – С. 36–39. 23. Одинг И. л. Допускаемые напряжения в машинострое- нии и циклическая прочность металлов / И. л. Одинг. – м.: машгиз, 1962. – 260 с. Поступила в редакцию 10.05.2016

Прогнозирование предельных амплитуд цикла напряжений сварных соединений с установившимися остаточными напряжениями

Institution

Ähnliche Einträge