15.2. ОСНОВНЫЕ ДОПУЩЕНИЯ, ПРИНИМАЕМЫЕ В ИНЖЕНЕРНЫХ МЕТОДАХ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СВАРОЧНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ И НАПРЯЖЕНИЙ

В настоящее время еще не представляется возможным достаточ­но достоверно описать реальные процессы, происходящие в метал­лах, при специфичном сварочном нагреве. Поэтому возникает необ­ходимость разработки приближенных расчетных методов, которые должны быть просты, но в то же время обеспечивать достаточную для инженерной практики точность. Удовлетворить одновременно требованиям простоты и точности можно путем выбора эффектив­ных расчетных схем, учитывающих основные, определяющие фак­торы и пренебрегающих второстепенными особенностями процесса развития сварочных деформаций и напряжений.

Как отмечалось, процесс развития сварочных деформаций и напря­жений связан с обратимыми и необратимыми объемными изменения­ми металла, причем эти объемные изменения в силу локальности сва­рочного нагрева охватывают достаточно узкую область металла, прилегающую к шву. Поэтому объемные изменения в районе сварных соединений одинаковые как в сложной конструкции, так и в простей­ших элементах, т. е. практически не зависят от жесткости конструк­ции. Это же обстоятельство позволяет общую задачу определения сва­рочных деформаций и напряжений разделить на две, что является одной из основных идей ее приближенного решения. В первой опре­деляют остаточные объемные изменения, обусловленные сварочным нагревом и охлаждением, - термомеханическая задача. Во второй оп­ределяют геометрическое искажение конструкции - деформационная задача.

При решении термомеханической задачи основное значение имеет характер распределения температуры, деформаций и напряжений в от­носительно узкой области, расположенной за источником теплоты и прилегающей к оси его перемещения. Описание процесса распростра­нения теплоты в этой области может быть существенно упрощено при­нятием схем мощных быстродвпжущихся источников теплоты, а рас­пределение деформаций и напряжений - принятием допущения об одномерности напряженного состояния. В силу незначительного влия­ния жесткости конструкции решение термомеханической задачи полу­чают на простейших элементах, сосредоточивая внимание на указан­ной выше области металла, а принятие допущения о механических свой­ствах металла (см. подразд. 15.1) значительно упрощает рассмотрение процесса теплового нагружения.

Деформационная задача не является специфической. Аналогичные задачи рассматриваются в теории остаточных напряжений, вызываемых другими технологическими процессами. Решение их может быть вы­полнено как методами прикладной теории упругости, так и методами сопротивления материалов. Деформационная задача (см. подразд. 15.2) уже рассмотрена.

Прорезюмируем замечания об основных упрощениях и допущени­ях, принимаемых в инженерных методах определения сварочных дефор­маций и напряжений.

1. Задача в целом делится на две части - термомеханическую и де­формационную.

2. Целью термомеханической задачи является оценка объемных изменений в районе сварного соединения.

3. Целью деформационной задачи является оценка геометрических искажений конструкции в целом.

4. Решения термомеханических задач выполняются на простейших элементах при следующих допущениях:

• предполагается одномерность напряженного состояния и ис­пользуется гипотеза плоских сечений;

• принимается диаграмма растяжения-сжатия для идеального упругопластического материала и упрощенная зависимость механических свойств от температуры;

• используются схемы мощных быстродвижущихся источников теплоты.

Следует отметить, что принципиальным является допущение об одно­мерности напряженного состояния. На чем же базируется это допуще­ние? При сварке листовых конструкций в области позади источника изо­термические поверхности вытягиваются, и градиенты температур вдоль оси шва становятся значительно меньшими, чем градиенты температур поперек шва. Поэтому, если исключить из рассмотрения область впереди источника, которая не оказывает заметного влияния на дальнейший про­цесс образования деформаций и напряжений, то можно пренебречь из­менениями температуры вдоль оси шва, что и позволяет считать задачу одномерной и пренебречь напряжениями і и ait по сравнению с продол ь-

А 11

ными напряжениями ог. Усиливает это допущение наличие зоны разуп- рочненного металла, нагретой выше температуры Р, расположенной уз­кой полосой позади источника и разделяющей область металла в районе высокого нагрева на две части, между которыми нет силового взаимо­действия. Погрешности от принятия допущения одномерности напряжен­ного состояния тем меньше, чем выше скорость сварки и ниже коэффи­циент теплопроводности металла.