Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

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 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170

жений в упругопластическом теле необходимо весь процесс деформирования разбить на отдельные шаги по времени. Напряжения в конце каждого шага а,, зависят от напряжений в начале шага Оц и приращений деформаций за шаг Ае(, = е,-е,/. При этом изменение объема происходит по закону Гука-

ао=-а; + (Л8о-Ае„)К (4.15)

Девиатор напряжения в конце шага определяется по формуле (4.9) в случае упругого состояния материала, то есть при интенсивности напряжения, меньшей предела текучести. В случае пластического состояния материала:

5>; + «.{sh(At,)+(o[ch(A.)-l] " ch (Ay) + ш sh (Ay)

= Ае,/д 2 (Де?, 4- Д4 + a4 + 2a4 4- 2A4 4- 24) ; (4.17) (0 = (3/2o,) (5;,«„ + s;2«22 + 5;з«зз 4- 2Su + 2S\u + 2S;,«3,);

(4.18)

Ay = (G/a;) V6 (Aef, + a4 4- Дез + 2a4 + 2A4 4- 2el,) , (4.

где 0( и о, - интенсивность напряжения в начале и конце шага (для упругопластического материала без упрочнения она равна пределу текучести); G* и о,* - средние значения модуля упругости и интенсивности напряжения за шаг.

4 313 Расчет деформаций и напряжений Все известные методы расчета являются приближенными, т. е. опираются на ту или иную модель процесса. Упрощения могут касаться как схемы напряженно-деформированного состояния, так и модели поведения материала.

Наиболее простыми являются методы расчета по одноосной схеме [1]. Для упрощения расчета предполагают, что все точки шва одновременно нагреваются, затем одновременно остывают. При этом в незакрепленной пластине перемещения поперек шва происходят свободно, а напряжения возникают только вдоль шва (Оц) из-за неравномерного по ширине нагрева пластины. В действительности нагрев различных поперечных сечений пластины происходит неодновременно, поэтому образуются также компоненты напряжения о22 и 012. Точность расчетов по одноосной схеме невысока, однако она обладает простотой и дает наглядную и качественно верную картину образования напряжений в пластине во время и после сварки.

При сварке пластин небольшой толщины компонентами напряжения в направлении толщины пластины можно пренебречь и проводить расчеты по двухосной схеме (плоского напряженного состояния), учитывая только компоненты вдоль осей Х\ и Х2 (см. рис. 4.12). Толщину пластины следует оценивать по

отношению к ширине зоны термического влияния шва. Для дуговой сварки небольшой следует считать толщину до 20 мм, для ЭШС - до 100 мм. В случае сварки больших толщин необходимо проводить расчет по трехосной (объемной) схеме, при этом процедура расчета существенно усложняется. Существует ряд аналитических решений по теории упругости и теории пластичности [1]. Однако наиболее универсальными являются методы расчета на ЭВМ, например метод конечных элементов [4], который не требует упрощения формы детали и используемых в расчете диаграмм свойств материала.

При выборе метода расчета следует исходить из требуемой точности, а также из того, какие напряжения и деформации необходимо определить. Более грубые методы, основанные на упрощении схемы напряженно-деформированного состояния и свойств материала, дают существенную погрешность при определении временных напряжений и приемлемую точность при оценке остаточных напряжений. В наиболее ответственных случаях результаты расчета следует сопоставить с данными экспериментального измерения деформаций напряжений и перемещений. Методики таких измерений описаны в 4.3.2

4 3.1.4 Расчет перемещений Для точного расчета перемещений в свариваемых деталях вблизи шва необходимо применять методы теории пластичности и ползучести, учитывать зависимость свойств материала от температуры. Целесообразно использовать численные методы, рассмотренные в 4.3.1.1.

Для оценки перемещений вне зоны шва можно использовать более простые методы. Продольные остаточные перемещения в сваренной детали могут быть рассчитаны методами сопротивления материалов, если приложить к детали усадочную силу, действующую вдоль оси шва (см. рис. 4.1). Усадочная сила Рус пропорциональна величине остаточных пластических деформаций в зоне шва:

Рус= S 8ii£6dx2, (4.20)

где бп - остаточная пластическая деформация; 2Ь„ - ширина зоны пластических деформаций; Е= -модуль упругости

при одноосном растяжении; 6 - толщина пластины. Для весьма жесткого тела

ус ж -

230°°° +3.58

, 9/fc. (4 21)

L Я (гсбрасч) + 12600

где <7/uc -погонная энергия сварки ( - эффективная мощность, Вт; Uc - скорость сварки, см/с); брасч - расчетная толщина сварного соединения, см.

ТАБЛИЦА 42

ЗНАЧЕНИЯ Qu ДЛЯ НЕКОТОРЫХ ВИДОВ СВАРКИ [1]

При сварке двух пластин толщиной 6i и 62 встык или в угол

брасч - о при приварке пластины толщиной 61 втавр

2 . А А 262 + 61 . или внахлестку к пластине толщиной Орасч =---. Формула (4.21) справедлива ДЛЯ ql(vc, брасч) в диапазоне от 4000 до 38 000 Дж/с.м при естественной теплоотдаче и толщинах металла до 20-25 мм. Погонная энергия может быть определена по площади поперечного сечения наплавленного металла Fh.

qhc = QvF„

(4.22)

где Qv - коэффициент, зависящий от способа сварки. Значения ДЛЯ Fn в см приведены в табл. 4.2.

Для тела ограниченной жесткости и при эксцентричном действии усадочной силы:

~ 1-Рус ж(г1 1 + е2 2+1/-Р)/От где /], /2 - моменты инерции сечения относительно главных осей; ей вг - эксцентриситеты приложения усадочной силы относительно тех же осей; F-площадь сечения; От - предел текучести материала. Знаменатель дроби в (4.22) не может быть менее 0,5.

Формула (4.21) справедлива, когда площадь зоны пластических деформаций, равная примерно Рус ж/От, не превышает 25-30 % от всей площади поперечного сечения F.

Для случаев 1ногопроходной дуговой сварки и точечной сварки также может быть определена усадочная сила по формулам, приведенным в [1].

При сварке с зазором поперечные перемещения кромок достигают максимума Umax В момент прохождения источника:

V = а 9/(срУс6), (4.24)

где а - коэффициент линейного расширения материала; ср - удельная объемная теплоемкость; <7/uc - погонная энергия сварки; 5 - толщина пластины.