Исследование напряженного состояния в зонах концентрации напряжений при растяжении стыкового сварного соединения с асимметричным усилением

Abstract

Разработан аналитический метод описания напряженного состояния в зонах концентрации напряжений при растяжении стыкового сварного соединения с асимметричным усилением, учитывающий влияние усиления на лицевой стороне на распределение напряжений вблизи усиления на корневой стороне. В основу предложенного метода положена гипотеза ломаных сечений. Установлены математические зависимости, описывающие изменение первого главного напряжения в зонах концентрации как по контуру галтели усиления на корневой стороне, так и по глубине соединения. Получены формулы для определения коэффициента концентрации напряжений у подножия усиления на корневой стороне в зависимости от характеристик соответствующего ломаного сечения. На примере стыкового сварного соединения алюминиевого сплава 6061-Т6, выполненного аргонодуговой сваркой плавящимся электродом на съемной подкладке, показано, что коэффициент концентрации напряжений на корневой стороне соединения может быть меньше соответствующей величины на лицевой стороне, что подтверждается результатами испытаний на усталость в многоцикловой области.

Розроблено аналітичний метод опису напруженого стану в зонах концентрації напружень при розтяганні стикового зварного з єднання з асиметричним підсиленням, який враховує вплив підсилення на лицьовій стороні на розподіл напружень в околі підсилення на кореневій стороні. В основу запропонованого методу покладено гіпотезу ламаних перерізів. Установлено математичні залежності, які описують зміну першого головного напруження в зонах концентрації як по контуру галтелі підсилення на кореневій стороні, так і по глибині з єднання. Одержано формули для визначення коефіцієнта концентрації напружень біля підніжжя підсилення на коренев ій стороні в залежності від характеристик відповідного ламаного перерізу. На прикладі стикового зварного з єднання алюмінієвого сплаву 6061-Т6, виконаного аргонодуговим зварюванням плавким електродом на знімній підкладці, показано, що коефіцієнт концентрації напружень на кореневій стороні з єднання може бути меншим за відповідну величину на лицьовій стороні, що підтверджується результатами випробувань на утому в багатоцикловій області.

An analytical method for the description of the stress state in stress concentration zones under tension of an asymmetrically reinforced butt-welded joint has been developed, which takes into account the effect of the reinforcement on the face side on the stress distribution near the root reinforcement. The broken section hypothesis was taken as a basis of the proposed method. Mathematical relationships describing the variation of the first principal stress in concentration zones both along the contour of the root reinforcement fillet and over the joint depth have been established. Formulas for the determination of stress concentration factor at the bottom of the root reinforcement as a function of the characteristics of corresponding broken section have been derived. For a butt-welded joint of 6061-T6 aluminum alloy as an example, which was made by consumable electrode argon-arc welding on a removable pad, it was shown that the stress concentration factor on the root side of the joint may be lower than that on the face side, which is corroborated by the results of high-cycle fatigue tests.