Образование напряжений, деформаций и перемещений в сварных конструкциях. Лекция № 6

охлаждения,
а также от структурных превращений образуют так называемые собственные или
внутренние деформации и напряжения при сварке.

В отличие от напряжений и деформаций, создаваемых нагрузками, собственные
напряжения и деформации существуют в теле при отсутствии каких-либо нагрузок.

При рассмотрении сварочных напряжений и деформаций используется система
координат, показанная на рисунке. Ось х направлена вдоль шва, ось у –
перпендикулярно шву в плоскости пластины, ось z – перпендикулярно шву
в направлении толщины.

В соответствии с расположением осей, напряжения обозначают:

Перемещения обозначают: u – по оси х; v – по оси у; w – по оси z.

при изменении температуры. К температурным деформациям условно относят также
деформации, возникающие в процессе структурных превращений:

Собственные напряжения появляются вследствие возникновения деформаций
при сварке.

Наблюдаемые деформации и характеризуют изменения линейных и угловых
размеров тела, которые можно зарегистрировать измерительными приборами.
В теории упругости и пластичности их называют деформациями, не присваивая
им никакого индекса.

Собственные (внутренние) деформации состоят из упругих и пластических
деформаций. Указанные виды деформаций связаны между собой:

Если до процесса нагрева или охлаждения в точке тела возникли начальные
пластические деформации и , вызванные предшествующими деформациями:

где и – приращения пластических деформаций на стадии
рассматриваемого процесса.

1.

2.

3.

механизма деформирования при сборке,
монтаже и правке;
от упругих и пластических деформаций из-за неравномерного нагрева деталей;
от неравномерного изменения объема тела при фазовых превращениях.

По времени существования:

временные, существующие в период выполнения технологической операции
или протекания физического процесса;
остаточные, устойчиво сохраняющиеся в течение длительного периода.

По направленности:

одноосные (линейные);
двухосные (плоскостные);
трехосные (объемные).

В зависимости от объема, в пределах которого напряжения
взаимно уравновешены:

напряжения первого рода (макрообъем – конструкция целиком);
напряжения второго рода (зерно);
напряжения третьего рода (кристаллическая решетка).

образования сварочных напряжений и деформаций будем учитывать
изменение механических свойств металла при нагреве.

При увеличении температуры модуль Юнга уменьшается,
значит величина напряжений при тех же упругих
деформациях при нагреве уменьшается.

При нагреве предел текучести уменьшается, значит
пластическое деформирование начинается при меньших
напряжениях.

Материал является идеальным упругопластичным, это значит,
что при возникновении пластических деформаций напряжения
не увеличиваются.

растяжения – вверх;
полные деформации удлинения, равные сумме упругих и пластических, – вправо,
а деформации укорочения – влево.

В закрепленном по концам стержне наблюдаемая деформация равна нулю.

Поэтому из этой формулы для полной собственной деформации:

Так как при нагреве >0, . Поэтому кривая
из точки 0 идет вниз (напряжения сжатия) и влево
(деформация укорочения).

При увеличении напряжений до точки А пластические
деформации не возникают. Участок 0А не является прямым,
так как модуль упругости при нагреве изменяется нелинейно.

В точке А напряжения достигают предела текучести.
При дальнейшем увеличении деформации напряжение
не изменяется (так как материал идеально упругопластический).
Так как при повышении температуры предел текучести
уменьшается, то при дальнейшем нагреве стержня на участке
АВ напряжения уменьшаются.

стержне имеются пластические
деформации , равные

где и – предел текучести и модуль упругости металла при
температуре, соответствующей точке В.

При охлаждении отсчет пластических деформаций на стадии остывания стержня
следует начать заново. Пластические деформации будут играть роль начальных
деформаций . Так как наблюдаемая деформация равна нулю, то

На участке ВС напряжения изменят знак и, пока полная
деформация пластические деформации отсутствуют,
то есть .

В точке С появляются пластические деформации и далее вплоть
до полного охлаждения (точка D) напряжения остаются равными
пределу текучести металла при соответствующей температуре
(то есть увеличиваются при постепенном охлаждении).

После полного остывания остаточная пластическая деформация
равна алгебраической сумме пластической деформации,
возникшей при нагреве, и приращения пластической
деформации, возникшей при остывании.

(деформация укорочения)