Слаботочка Книги

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 [74] 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89

цилиндрической оболочки в радиальном направлении шаиюго меньше, чем жесткость днища в его плоскости. Поэтому радиальные напряжения сжатия а = PJ {rs), возникающие от усадочной силы в угловом соединении, почти полностью воспринимаются днищем. Критические напряжения для круглой, заделанной fto контуру, пластины

0, = 1,49я2£ is/r)%l2 (1 - fi)!, (8.32)

а в случае шарнирного опирания

а,р = 0,425я£ (s -)V[12 (1 - м)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.

i w

Wmn* 21?,[------Г- ---

Рис. 8.23 Определение максимального прогиба стенки сварного двутавра, потеряв- О шей устойчивость

Тонкие листы (s - : 1 мм) со стыковым соединением теряют устойчивость и в процессе сварки. Для предотвращения этого их прижимают к подкладке, оставляя минимальное расстояние I 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 а > ар.

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 Дпр по мере роста усадочных сил в поясных швах. Продольная деформация 8пр = Д„р . В поясах будет линейно увеличиваться сила Р„ = 2fппр> где 2fп - площадь поперечного сечения обоих поясов. В стенке до потери устойчивости (точка Л) сила Р - = Рг„рЕ также будет расти линейно. Затем Р зависит нелинейно от Дпр. Сумма Рп + Рс = должна составить 2Ру - это происходит в точке В. После потери устойчивости в точке Л

стенка будет искривляться (рис. 8.23,-а), образуя волны с максимальным отклонением от оси ffimax, которое также нелинейно зависит от Апр и Б„р. Если известны функции {г„ и Штах (np). то можно графически найти точку В, а затем и Штах 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 1/? по всей длине пластины / и переменная в поперечном сечении 1-/.

о0,0025 0,005 0,010,0IS 0,02 0,025 ± J Рис. 8.24. Потеря устойчивости стыковых соединений листов

Такая форма объясняется тем, что лист, изгибаясь по дуге окружности, располагает зону 2Ь„ с растягивающими напряжениями на минимальном радиусе Rmm 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 MR при 2В = = 300 мм, 2Ь„ = 40 мм, S = 1,5 мм, £ = 21-10* МПа, ц = 0,3 и различных начальных максимальных растягивающих напряжениях 0 в шве. Точки А соответствуют минимуму потенциальной энергии. При принудительном увеличении или уменьшении кривизны пластина после освобождения снова возвращается в положение устойчивого равновесия. Для пластины без остаточных

напряжений (пунктирная линия) равновесие соответствует плоской форме. Момент усадочной силы на плече 00 (рис. 8.24, а) вызывает равномерное искривление сваренной пластины. Чем больше Рус, меньше s и В, тем сильнее искривляется пластина. Лишь очень узкие пластины (26 л; 2Ьп) 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.

§ 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. Термически необработанные сварные конструкции имеют остаточные собственные напряжения и ту или иную степень нестабильности структур металла, возникшую в процессе сварки. Именно эти две особенности сварных конструкций требуют особого подхода при назначении термической обработки. Многие сварные конструкции не могут быть термически обработаны либо потому, что это удорожает стоимость производства, либо потому, что это технически невозможно.

Размеры термически необработанных сварных конструкций могут самопроизвольно изменяться во времени при отсутствии каких-либо дополнительных силовых воздействий на них. Следует, однако, сразу подчеркнуть, что эти изменения размеров имеют значения лишь для ряда машиностроительных и приборостроительных конструкций высокой точности. Изменение размеров происходит по двум причинам: во-первых, вследствие пластических деформаций в металле из-за наличия в нем остаточных напряжений и, во-вторых, вследствие изменения объема металла при медленном протекании структурных превращений в зонах со структурной нестабильностью, возникшей в процессе сварки.

Остаточные напряжения после сварки часто близки к пределу текучести металла. Именно в зонах с такими максимальными напряжениями и возникает пластическая деформация. Самопроиз-

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 [74] 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89