Определение несущей способности сварных конструкций в зависимости от величины напряжений, вызывающих в сечениях текучесть — наиболее распространенный метод в практике проектирования. Критерием являются напряжения, определяемые методами сопротивления материалов, строительной механики, теорией упругости и пластичности. В случае сложнонапряженного поля расчет прочности производят определением эквивалентных напряжений по одной из теорий прочности.
Эквивалентные напряжения сравнивают с допускаемыми. В значительном большинстве случаев расчет ведут по заданным нагрузкам.
Несущая способность и допускаемые напряжения
Простейшими являются расчеты под статическими силами при нормальных условиях температуры и среды.
Определенную роль могут играть и металлургические факторы, обусловленные сваркой. На границе сплавления основного металла и металла шва существенно снижается содержание углерода, никеля и других легирующих элементов. При этом использование электродных проволок, легированных никелем, кремнием, молибденом и др., не приводит к изменению химического состава металла этого участка, так как время взаимной диффузии между жидким металлом сварочной ванны и Жидкой прослойки у границы сплавления весьма незначительно.
Для сложных расчетов конструкций кузовов, рам тележек, котлов цистерн разработаны матричные алгоритмы, которые применяют при практических расчетах на ЭЦВМ.
Нормы расчета и проектирования вагонов разрабатывают научно-исследовательские организации железных дорог и промышленности на основе тщательного изучения настоящих и перспективных условий эксплуатации, рациональности и работоспособности типовых и опытных конструкций вагонов, измерений сил, действующих на вагоны, теоретической и экспериментальной проверки прочности и устойчивости элементов и конструкции вагона в целом и сопоставления с результатами эксплуатационных наблюдений.
На основе обобщений материалов исследования условий нагружения вагонов в эксплуатации разработана следующая система расчетных нагрузок.
Но в большинстве случаев в зонах протекания пластических деформаций имеются разнообразные концентраторы. На 28 они показаны примерно в порядке нарастания концентрации. На 28, а—е возникает концентрация пластических деформаций вследствие поперечной усадки металла. Случаи, показанные на 28, а, б, весьма распространены. Здесь некоторая концентрация пластических деформаций возникает в зонах перехода от наплавленного металла к основному. Если свариваемые элементы находятся в свободном состоянии при сварке, то концентрация деформаций крайне незначительна и ей не придают никакого значения.
При закрепленных элементах ( 28, а) концентрация пластических деформаций усиливается по мере уменьшения размера .
Показывают исследования, проведенные на ЗИЛе, при точечной контактной сварке оцинкованного листа резко увеличивается сопротивление контакта электрод — деталь. Однако рекомендации в литературе увеличивать в связи с этим значения силы сварочного тока неправильны, так как ведут к резкому скачку тепла, выделяемого в контакте электрод — деталь, выплескам и некачественной сварке.
В начальный момент сварки, пока происходит плавление и выдавливание цинка, наблюдается неустановившийся режим сварки. Поэтому время сварки оцинкованного листа должно быть достаточным для получения стабильного режима сварки.
Например, согласно [3], для изделий размером 1000 X 1000 мм неприлегание к плите не должно превышать 2,5 мм, а 10 000 X X 4Q 000 — 10—11 мм; для балок и ферм стрела прогиба при длине до 5б0 мм не должна превышать 1 мм, а длиной 25 000 и более мм — 15 мм и т. д. Подобным же образом в зависимости от размеров сечения ограничивают и величины перекоса и смещения одного элемента относительно другого. Так, для соединения листов одинаковой толщины встык смещение кромок не должно превышать 0,1 толщины листа, но не более 4 мм.
Знание величины предельных отклонений позволяет обоснованно назначать припуски на последующую механическую обработку. Кроме того, их соблюдение обеспечивает уверенность в том, что условия работы изделий оказываются близкими к условиям, принятым в расчете.
Как видно из рассмотренного примера, для обеспечения требуемой точности размеров и формы сварного вала гидротурбины достаточно правильно задать припуски на механическую обработку. Более сложна задача обеспечения требуемой точности изготовления валов тепловых турбин из жаропрочных сталей, что затрудняет получение заготовок большого размера с помощью литья и ковки. Поэтому крупные валы сваривают из поковок относительно небольшого размера и простой формы, как показано на 10. При таком конструктивном оформлении детали кольцевые швы приходится проектировать под одностороннюю сварку, причем после их выполнения внутри вала образуются замкнутые полости.
Избежно образование в стыке некоторой волнистости, которая будет зафиксирована сваркой шва . Дальнейшая правка-швов и не даст полного положительного результата.
Из-за чрезмерных перемещений, если их не предупредить, не предусмотреть или не устранить, может оказаться недостаточным
незначительный припуск на механическую обработку. На 25, а показан длинный вал, в котором угловой излом 8 делает невозможной механическую обработку по всей длине при заданной величине толщины стенки б. Рама на 25, б имеет чрезмерную пропел-лерность и нуждается в правке, так как невозможно провести механическую обработку по всем четырем платикам 1.
В практику машиностроения входит применение разнородных и композиционных металлопластов. Необходимость их применения диктуется требованиями эксплуатации, например в сосудах для агрессивных сред используют двухслойные стали.
Сварные конструкции из разнородного материала соединяют современными способами сварки: электронным лучом, диффузией, взрывом и т. д. Соединение некоторых трудносвариваемых материалов, чувствительных к термическому эффекту сварки, можно осуществлять пайкой, при которой ряд затруднений устраняется.
В отдельных случаях в машиностроении применяют конструкции с соединениями металлов с неметаллическими материалами: стек
ID
Особенности проектирования сварных конструкций
При медленном распространении трещины давление в трубопроводе падает, и трещина, как правило, останавливается. В тех же случаях, когда скорость движения трещины превышает скорость понижения давления, и трещина непрерывно входит в сильно напряженный металл, ее развитие может происходить интенсивно без остановки. Изменение свойств металла или какие-либо другие факторы способны вызвать ее торможение.
Скорость понижения давления определяется волной разряжения, которая распространяется в среде, заполняющей трубопроводы, со скоростью звука.
Таким образом, при vT > v движение трещины носит лавинообразный характер (vT — скорость движения трещины, кмс;
v — скорость распространения звука в транспортируемом продукте).
|