Основні припущення, що приймаються у наближених методах визначення напружень і деформацій при зварюванні

 

Утворення напружень і деформацій при зварюванні пов’язане з об’ємними деформаціями матеріалу при дії темпе­ратурного циклу. Об’ємні деформації обумовлені розширенням матеріалів при нагріванні і можливими структурними перетвореннями, а пластичні деформації, які з’являються при цьому, є причиною перерозподілу об’ємних деформацій при зменшенні температури. Аналіз термомеханічних процесів при зварюванні свідчать про те, що пластичні деформації залежать в основному від властивостей матеріалу і теплових параметрів, і, значно менше, від конструктивних характеристик елементів, що зварюються. Це дає можливість розділити задачу визначення деформацій і напружень на дві частини. У першій частині визначають залишкові пластичні деформації, які обумовлюють перерозподіл об’єму матеріалу у районі зварного шва (термомеханічна задача). У другій - виз­начають деформації конструкції як наслідок перерозподілений об'ємів (деформаційна задача). Термомеханічна задача є специфічною для зварних конструкцій, оскільки враховує особливості термомеханічних процесів, викликаних нагріванням при зварюванні. Деформаційна задача не є специфічною для зварювання. Аналогічні задачі розглядаються у теорії залишкових напружень, викликаних іншими факторами. При розв’язку деформаційних задач використовуються методи опору матеріалів і прикладної теорії пружності.

Специфіка термомеханічних процесів при зварюванні дозволяє ввести ряд спрощуючих припущень, основними з яких є припущення про одномірність напруженого стану і прийняття схеми потужних швидкодіючих джерел теплоти. Незалежність термомеханічної задачі від конструктивних параметрів дає можливість вивчати процес утворення пластичних деформацій на простих елементах. Як свідчить аналіз кінетики розвитку напружень і деформацій при термомеханічному циклі зварювання, для оцінки залишкових пластичних деформацій достатньо розглянути стан елемента у момент максимального нагріву і після завершення циклу, нехтуючи можливим перерозподілом об’ємів при зростанні і зменшенні температури.

Зазначимо, що утворення пластичних деформацій при термомеханічному процесі зварювання все ж не є повністю незалежним від параметрів конструкції, оскільки, по-перше, теплові характеристики процесу залежать не тільки від потужності джерела тепла, а і від товщини елементів, що зварюються, тепловіддачі з поверхні і т.д.; по-друге, на утворення пластичних деформацій впливає жорсткість елементів, наявність початкових напружень, товщина елементів та інші фактори. У наближених методах розрахунку вплив цих факторів враховується незалежно один від одного за допомогою поправочних коефіцієнтів. Виправданням цього є незначний, у більшості випадків, їх взаємний вплив.

Таким чином основні припущення, що приймаються у наближеній методиці визначення напружень і деформацій при зварюванні, слідуючи [2]:

- задача визначення залишкових напружень і деформацій поділяється на дві частини: термомеханічну і деформаційну.

У термомеханічній задачі визначають пластичні деформації, які виникають у районі зварного шва. У деформаційній задачі визначаються напруження, деформації і переміщення у конструкції в цілому, як наслідок появи пластичних деформацій.

Розв’язок термомеханічних задач знаходиться при наступних припущеннях:

- напружений стан є одновимірним;

- термічний цикл співпадає у часі з механічним;

- діаграма деформування відповідає пружно-пластичній моделі матеріалу;

- приймається спрощена залежність механічних характеристик від температури;

- вплив різних факторів (тепловіддачі, товщини, жорсткості, початкового напруженого стану) розглядається ізольовано;

- не враховуються структурні перетворення у процесі нагрівання-охолодження, якщо ці перетворення відбуваються при температурах вищих температури знеміцнення матеріалу Т_*.

Розв’язок деформаційної задачі проводиться методами опору матеріалів і прикладної теорії пружності з припущеннями, характерними для цих розділів механіки твердого деформованого тіла.