Расчет прочности при одноосном растяжении

Рассмотрим сварно-паяное соединение ВТ1-0 со сталью 08Х18Н10Т. При одноосном растяжении такого элемента в достаточно удаленных от поперечного сварного шва сечениях 1-1, II-II имеет место параллельное деформирование слоев BT1-0, металла шва, полученного сваркой взрывом, и стали 08Х18Н10Т. В сечениях III – III, IV – IV осуществляется последовательная деформация слоев, а в паяном соединении − параллельное и последовательное деформирование.

Пластину, показанную на рис. 1, а, можно представить состоящей из трех параллельно растягиваемых стержней А, В, С (рис.4.1, б), причем стержни А и С имеют поперечную неоднородность (сварной шов, выполненный сваркой плавлением), а стержень В имеет продольную (сварной шов, выполненный сваркой взрывом) и поперечную (паяное соединение) механические неоднородности.

Расчет работоспособности стержней, аналогичных А и С, рассмотрен в работах О.А.Бакши и сотрудников. Основное внимание при этом уделялось поведению так называемых мягких прослоек, прочность которых ниже, чем у основного металла. В стержне В мягкой прослойкой является паяный шов, причем прослойка имеет форму кольца толщиной δ_пр (рис.4.1, б). Так как с одной стороны мягкая прослойка граничит с основными металлами, а со второй – со вставкой из титана (Т металл), то достаточно рассмотреть поведение мягкой прослойки в виде полукольца при растяжении стержня В в направлении оси у. В направлении этой оси толщина прослойки h неодинакова. Для расчета прочности соединения удобнее пользоваться средним значением толщины прослойки. Тогда, временное сопротивление паяного соединения

(4.1)

где − временное сопротивление материала мягкой прослойки (припоя); – средняя относительная толщина мягкой прослойки, h _ср − средняя высота прослойки в направлении оси у; b − толщина пластины.

 

а	б

Рисунок 4.1 - Пластина стыкового сварно-паяного соединения при растяжении: а – расчетная схема для стыковых швов, полученных сваркой плавлением, б - расчетная схема для паяного шва кольцевой формы

При разработке комбинированных сварно-паяных узлов интерес представляют средняя высота прослойки h _ср, и толщина паяного шва δ_пр. Зависимость между высотой прослойки (припоя) в направлении у и толщиной δ_пр может быть определена из выражения

, (5.2)

где − средняя высота прослойки в направлении оси y на участке I (рис.4.1, б) ; − средняя высота прослойки в направлении оси y на участке II; R − радиус отверстия; δ_пр − толщина прослойки (припоя), S ₁ − площадь сегмента высотой δ_пр с центральным углом α

После преобразований получаем выражение

(4.2)

Ввиду трудности получения зависимости между h _сp и δ_пр в явной форме для расчетов удобнее пользоваться приближенным выражением. Среднюю высоту прослойки в направлении оси у можно определить как частное от деления площади четверти кольца толщиной δ_пр (рис. 4.1, б) на средний радиус кольца:

(4.3)

(4.4)

Критическая относительная высота мягкой прослойки, соответствующая условию равнопрочности при принятом выше допущении, что центральная часть пластины работает как стержень, может быть определена по формуле

, (4.5)

, (4.6)

где − предел прочности основного металла; − предел прочности металла прослойки (припоя).

Относительная толщина прослойки

(4.7)

(4.8)

Тогда критическая толщина паяного шва, при которой реализуется равнопрочность паяного соединения основному металлу (при условии равнопрочности сварного соединения), определяется выражением

(4.9)