Влияние размеров выпуклости шва на напряженное состояние стыкового соединения при растяжении

Abstract

С целью выяснения возможности компенсации пониженной прочности металла шва увеличением размеров выпуклости стыкового соединения и установления зависимости необходимой высоты выпуклости от соотношения прочности шва и основного металла проведено исследование уровня и характера распределения напряжений в стыковых соединениях при нагружении их растяжением при различных размерах выпуклости. Исследования проводили методом компьютерного моделирования на стыковых соединениях видов С25 и С21. Варьировались высота и ширина выпуклости при постоянной толщине основного металла. Форма выпуклости принималась в виде дуги. Изучали поля всех составляющих напряжений, а также их эпюры в различных сечениях шва. Полученные величины коэффициентов концентрации (1,8…2,3) при изменении размеров выпуклости в довольно широких пределах подтвердили адекватность моделирования. Вместе с тем показано, что наличие выпуклости в симметричном соединении вида С25 несколько снижает уровень максимальных растягивающих и эквивалентных напряжений внутри металла шва, что дает возможность компенсировать снижение его прочности по сравнению с основным металлом, но это снижение непропорционально увеличению площади сечения. Получено выражение, позволяющее рассчитать необходимую величину выпуклости в соединении в С25 вида при известной степени снижения прочности наплавленного металла по сравнению с основным. Наличие выпуклостей и их размер в несимметричном соединении вида С21 практически не влияет на уровень максимальных эквивалентных напряжений в сечении по оси шва, поэтому компенсировать пониженную прочность металла шва увеличением выпуклостей в таком соединении невозможно. Полученные результаты могут быть использованы при проектировании стыковых соединений материалов, в частности, для соединений высокопрочных сталей, выполняемых аустенитными материалами, для которых существует проблема обеспечения равнопрочности металла шва и основного металла.