Напруження і деформації від поперечних швів
На відміну від поздовжніх, поперечні шви викликають деформації, зосереджені на невеликій довжині, яка визначається шириною зони пластичних деформацій. Таке зосередження деформацій приводить до місцевого укорочення і у випадку несиметричного розміщення шва відносно головних площин балки до значної кривизни у зоні зварного шва.
Нагадаємо, що при наплавленні поперечного шва на пластину, деформації у напрямку перпендикулярному шву (рисунок 6.1) визначаються формулою:
, (6.1)
або, з урахуванням введеного вище поняття про об’єм поперечного укорочення:
Рисунок 6.1 – Схема наплавлення поперечного шва на пластину
, (6.2)
. (6.3)
Якщо по аналогії з поздовжніми деформаціями ввести поняття повного об’єму укорочення шва ΔVу= уlш, деформацію ΔL можна записати у вигляді аналогічному випадку подовжнього укорочення:
. (6.4)
По аналогії з тим же випадком, іноді може бути корисним введення поняття усадочної сили для поперечної усадки. Для цього запишемо подовження смужки від сили Fус
(6.5)
і прирівняємо до одержаного у (6.3) , тоді
. (6.6)
Зазначимо, що введення усадочної сили є неоднозначною операцією. Якщо вважати, що деформацій від усадки шва зосереджуються на деякій довжині l1<L, сила усадки визначатиметься формулою:
. (6.7)
Саме цей факт наводиться як аргумент проти введення поняття "усадочна сила" на користь формул типу (6.3), (6.4), визначаючи переміщення через об'єм укорочення. Тим не менше у деяких випадках, зокрема, при несиметричному розміщенні швів по ширині за допомогою введення усадочної сили розв’язок стає зручнішим.
Приклад 6.1 Визначити деформації від поперечного шва довжиною lш симетричного відносно осі х (рисунок 6.3).
|
Рисунок 6.2 – Схема наплавлення поперечного шва на пластину симетричного відносно осі х
Вважатимемо, що деформації від поперечної усадки зосереджені на довжині l1, тоді усадочна сила буде наступною:
(6.8)
Укорочення пластини визначатиметься за формулами:
. (6.9)
Приклад 6.2 Визначити деформації смужки від наплавлення поперечного шва довжиною lш (рисунок 6.3).
|
Рисунок 6.3 – Схема пластини
Визначимо усадочну силу Fус, і вважаючи, що деформації укорочення від поперечного шва розповсюджуються на довжину L і
. (6.10)
Розрахункова схема відповідає позацентровому стиску пластини силами Fус. Подовжнє укорочення
. (6.11)
Взаємний кут повороту крайніх перерізів пластини
(6.12)
Після підстановки значень усадочної сили (6.10), одержимо:
. (6.13)
Таким чином укорочення смужки і взаємний кут повороту крайніх перерізів не залежать від вибору довжини l1, на якій зосереджуються деформації поперечного укорочення. На жаль, це не можна стверджувати відносно прогинів.
На рисунках 6.4 і 6.5 розрахункові схеми наведені для двох випадків вибору довжини l1 і побудовані відповідні епюри для визначення кутів повороту і прогинів способом Верещагіна. Як видно при перемноженні епюр від навантаження (Мр) і одиничних епюр від моментів, прикладених у перерізах х=0 і х=а , кути повороту перерізів 0 ≤ x ≤ а і а+l1 ≤ х ≤ l співпадають і між собою і для обох схем.
Випадок №1
; ; .
Випадок №2
; ; ; .
Не співпадають прогини, зокрема максимальні їх значення.
У першому випадку
, (6.14)
у другому –
. (6.15)
Як видно з (6.15), при l1→L, f’max → f max , l1→0, f’max →2 f max
Рисунок 6.4 – Розрахункова схема випадку №1 | Рисунок 6.5 – Розрахункова схема випадку №2 |
Таким чином, визначення прогинів від поперечних швів потребує більш-менш достовірного знання довжини l1, на якій зосереджуються поперечні деформації шва. Найбільш логічно приймати
, (6.16)
де bs - розрахункова ширина пластичної зони AT. У випадку коли наплавляються n – поперечних швів, сумарне укорочення і кут повороту крайніх перерізів балки визначаються формулами:
;
;
;
;
;
.
Для визначення прогинів необхідно скористатись методами опору матеріалів, прикладаючи відповідні усадочні сили у перерізах на кінцях пластичної зони кожного шва (рисунок 6.6)
Максимальний прогин легко обчислюється за формулою Верещагіна:
. (6.23)
Якщо поперечні шви розміщуються регулярно, по довжині балки, максимальний прогин з додатною точністю можна знайти, вважаючи кривизну однаковою в усіх перерізах
. (6.24)
Рисунок 6.6 – Розрахункова схема балки
Приклад 6.3 Визначити відносні деформації і напруження у балці таврового перерізу від поперечного шва, наплавленого на полицю (рисунок 6.7)
Рисунок 6.7 – Схема балки таврового перерізу
Загальні деформації балки (укорочення і кут повороту кінцевих перерізів) можна визначити, використовуючи формули з попереднього прикладу
, (6.25)
де А - площа поперечного перерізу, Іy - момент інерції площі А відносно осі у.
Для визначення напружень у перерізах необхідно прийняти додаткові припущення про конструктивне оформлення балки. Припускаємо, що поперечний шов накладається посередині ділянки між швами (або прихватками), що з’єднують полицю зі стінкою. Таким чином полиця довжиною В закріплена на кінцях, але не зовсім жорстко, оскільки деформації стінки дозволяють деяке переміщення торців цієї ділянки. У припущенні справедливості гіпотези плоских перерізів, перерізи ab і cd приймуть положення a1b1 і c1d1 . Напруження у полиці можна визначити, записуючи умочи сумісності переміщень (рисунок 6.8).
, (6.26)
де - можливе укорочення ділянки полиці довжиною В від поперечного шва; ΔВс і ΔВп - дeфоpмaції у полиці і у крайніх точках стінки.
Сили взаємодії між елементами (полицею і стінкою) зображені на рисунку 6.8. Відповідні їм деформації стінки і полиці
, . (6.27)
Після підстановки (6.27) у (6.26). з урахуванням , , одержимо .
Рисунок 6.8 – Сили взаємодії між полицею і стінкою балки таврового перерізу
Напруження у полиці
.
Напруження у стінці для точок
; .
Епюра напружень зображена на рисунку 6.9.
Рисунок 6.9 – Епюра напружень
Дата добавления: 2020-03-17; просмотров: 764;