Метод оценки долговечности сварных соединений с угловыми швами по критериям локального напряженного состояния

• Автор: Пархоменко, Александр Александрович
• Шифр специальности: 05.03.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Ростов-на-Дону
• Количество страниц: 152 с. : ил.

Содержание
Введение

1. Состояние вопроса и задачи исследования

1.1 Причины возникновения концентрации напряжений и 8 факторы, определяющие ее величину
1.3 Влияние параметров геометрии очертания шва на 21 концентрацию напряжений в зоне перехода от шва к основному металлу
1.4 Влияние параметров геометрии конструкции сварного 26 узла на усталостную прочность

1.5 Методы расчета сварных соединений на прочность при 30 переменных нагрузках

2. Теоретическое и экспериментальное изучение локального 52 напряженного состояния сварных соединений

2.1 Локальная геометрия сварных соединений с угловыми 52 швами

2.2 Экспериментальное изучение локального напряженного 75 состояния сварных соединений
2.3 Изучение напряженного состояния в зоне перехода от 79 шва к основному металлу на основе метода конечных элементов
3. Экспериментальные исследования
3.1 Методика и оборудование для усталостных испытаний 86 крупногабаритных сварных узлов
3.2 Результаты исследования малоцикловой усталости 93 сварных узлов
3.3 Результаты исследования локального и глобального
1.2 Виды дефектов сварных соединений

напряженного состояния в соединениях типа «штуцер-лист»
4. Метод оценки усталостной прочности сварных соединений с угловыми швами, основанный на подобии локального напряженного состояния в экспериментальном образце и реальной конструкции
4.1 Модель оценки локального напряженного состояния в соединениях с угловыми швами, основанная на методах механики трещин
4.2 Роль структурной неоднородности металла на распределение напряжений в вершине острых надрезов
4.3 Модель оценки усталостной прочности, основанная на сопоставлении напряженного состояния в вершине углового шва на образце и конструкции
4.4 Апробация предложенной методики расчета Общие выводы
Список литературы

Введение
Анализ используемых в нашей стране методов расчета на усталостную прочность сварных конструкций показал, что таких методов всего два:
- расчет по допускаемым напряжениям;
- расчет, основанный на группировке соединений по категориям.
Область применения метода расчета по допускаемым напряжениям
крайне ограничена типом и формой соединений. Невозможность точного учета формы сварного шва и конструкции в целом приводит к тому, что основные положения данного метода в ряде случаев не соответствуют условиям действительной работы конструкций. Данный метод нашел более широкое применение в расчетах деталей машин. К тому же, метод расчета по допускаемым напряжениям получил наибольшее распространение в первой половине прошлого века и на данный момент морально устарел.
Расчет, основанный на группировке сварных соединений по категориям, в нашей стране регламентируется СНиП Н-23-81. В его основу положено разделение видов сварных соединений на 8 групп в значительной степени в зависимости от эффективных коэффициентов концентрации напряжений. Для каждой группы СНиП П-23-81 устанавливает расчетное сопротивление усталости.
Близкий по существу, но более дифференцированный подход широко был использован при разработке нормативных документов (НД) стран Западной Европы.
На протяжении многих лет вопросам прогнозирования усталостной прочности сварных конструкций уделяется большое внимание, как в нашей стране, так и за рубежом.
Значительный вклад в решение этой проблемы внесли Г.А. Николаев,
В.А. Винокуров, В.П. Леонов, В.П. Когаев, В.И. Труфяков, В.И. Махненко, A.B. Ильин, М.В. Шахматов, J.D. Harrison, D. Radaj, S.J. Maddox, P.J. Haagensen и др.

под переменными нагрузками является то, что допускаемые напряжения для групп 3-8 остаются постоянными вне зависимости от пределов прочности и текучести сталей. Это объясняется весьма сильным влиянием концентрации напряжений, которая растет с ростом ав.
Концентрация напряжений определяется геометрией соединений и технологическими, иногда мелкими дефектами, оказывающими в то же время сильное влияние на усталостную прочность. Их влияние настолько велико, что и расчет на усталостную прочность соединений осуществляется, как было указано выше, прочностью околошовной зоны, но разумеется с учетом группы.
Близкий по существу, но более дифференцированный подход широко был использован при разработке нормативных документов стран Западной Европы, регламентирующих правила проектирования сварных конструкций при переменной нагрузке. Например, деление сварных соединений на категории и использование базовых проектных кривых усталостной прочности лежит в основе рекомендаций Международного института сварки (IIW), европейских норм проектирования (Eurocode 3 [58] - для стальных и Eurocode 9 [59] - для алюминиевых конструкций); Норвежских норм проектирования металлических конструкций на шельфе моря (DNV) [60], Structural Welding Code Американского общества сварщиков [61] и др.
Серия проектных кривых усталости (четырнадцать), принятых в стандарте Eurocode 3, показаны на рисунке 1.7.
Все проектные кривые имеют одинаковый наклон в логарифмических координатах на участке от 104 до 5-106 циклов (т=3 для разрушения под действием нормальных напряжений и т=5 для разрушения под действием касательных напряжений). Далее наклон изменяется на 2 единицы. Предел усталости принят на базе 108 циклов. Проектные кривые отстоят друг от друга на равных расстояниях, образуя так называемые категории (классы). Категории обозначены цифрами, соответствующими пределу усталости на базе 2-106 циклов.