Глава 5. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПРИ ЦИКЛИЧЕСКОМ НАГРУЖЕНИИ
Практика эксплуатации сварных нетермообрабатываемых конструкций в условиях циклического нагружения показывает что в большинстве случаев разрушения возникают в сварном, шве или области сопряжения шва с основным металлом. Это связано с комплексом факторов, снижающих работоспособность сеарных соединений, основными из которых являются: концентрация напряжений и деформаций в зонах сопряжения шва С основным металлом, остаточные сварочные напряжения (ОСН), а также ухудшение характеристик сопротивления усталости металла шва и зоны термического влияния по отношению к основному металлу [59, 119, 144].
Анализ долговечности сварных узлов на стадии образования усталостного разрушения может быть выполнен на основе известных деформационных критериев разрушения [141, 144, 147]; или при использовании разработанного деформационно-силового критерия (см. раздел 2.3). Процедура расчета при этом аналогична анализу долговечности материала у вершины усталостной трещины, так как по сути трещина является «острым» геометрическим концентратором напряжений и деформаций. Расчет кинетики НДС в концентраторах напряжений в настоящее время проводится с использованием коэффициентов концентрации упругопластических деформаций и напряжений, процедура получения которых достаточно полно представлена в работах [141, 147]. В случае необходимости уточненного анализа НДС в концентраторе можно воспользоваться решением упругопластических задач с помощью МКЭ.
Оценка долговечности элементов конструкций на стадии кинетики усталостных трещин в ряде случаев является актуальной инженерной задачей. Это в первую очередь относится к сварным узлам, так как при высокой концентрации напряжений, обусловленной несовершенством формы сварных соединений, долговечность на стадии зарождения трещины может быть незначительной и циклический ресурс конструкции в большей степени будет определяться стадией развития усталостной трещины. Более того, в случае технологических трещиноподобных дефектов типа подреза, несплавления и т. п. в сварных швах стадия зарождения трещины отсутствует и ресурс конструкции определяется только ее развитием.
Как указывалось в подразделе 4.1.2, ОСН могут оказывать существенное влияние на долговечность сварных узлов. Расчет кинетики усталостных трещин значительно усложняется в
толстолистовых конструкциях, где элементы свариваются многопроходной сваркой, так как в этом случае поля ОСН крайне неоднородны [86—88, 201]. Кроме того определение полей ОСН в конструкциях с большим количеством сварных узлов является весьма сложной инженерной задачей, требующей самостоятельного исследования.
В связи с изложенным; настоящая глава будет посвящена; разработке методов определения ОСН в сварных толстолистовых конструкциях с многопроходными швами, а также исследованию долговечности сварных узлов на стадии развития усталостной трещины. Решение поставленной задачи опирается на разработанные методы расчета НДС при термопластическом деформировании материала, базирующиеся, на МКЭ, а также на: методы анализа параметров механики разрушения и модель развития усталостной трещины.
Комплексная верификация разработанных подходов, будет проведена посредством сопоставления расчетных, результатов; с данными, полученными на основании выполненных экспериг ментов.
Следует отметить, что анализ методов расчета зарождения усталостного разрушения не является предметом изучения данной главы, так как эта проблема в настоящее время достаточно хорошо освещена в многочисленной специальной литературе [98, 141, 144, 147, 235].
