Теоретическая часть. Помимо равнопрочности паяных соединений при одноосном растяжении, необходимо обеспечить равнопрочность паяного шва М кольцевой формы основным материалам ОМ и

Помимо равнопрочности паяных соединений при одноосном растяжении, необходимо обеспечить равнопрочность паяного шва М кольцевой формы основным материалам ОМ и при действии внутреннего давления Р _в в соответствии со схемой (рис.5.1). Давление на наружную поверхность вставки большего диаметра приводит к «заклиниванию» высверленного канала в биметалле и несущая работоспособность сварно-паяного узла будет определяться, в основном, механическими свойствами материалов вставки и композиционного соединения. Расчет прочности комбинированного узла из разнородных материалов проводится с учетом основных положений теории контактного упрочнения со следующими допущениями:

пластически деформируется только мягкая прослойка (паяный шов) и прилегающие к ней участки более прочных материалов вставки и биметалла;

металлы комбинированного узла являются упруго-пластичными;

для учета деформационного упрочнения диаграммы деформирования металлов аппроксимируются на уровне значений , и ;

изгиб узла отсутствует.

Рис. 5.1. Схема разнородного соединения конусной вставки (ВС) со стенкой пластины (оболочки)

Исследуемое разнородное соединение представляет собой соединение с мягкой прослойкой, наклоненной под углом α к оси симметрии конусной вставки (рис.5.2). Рассматриваемая задача сводится к определению предельного состояния тонкого пластического слоя (М), заключенного между более прочными участками вставки (ВС) и основного металла (ОМ), при одновременном действии сдвигающих (τ) и растягивающих (σ) напряжений. При этом τ и σ связаны с внешним давлением Р _в, действующим на конусную вставку (ВС), следующим образом:

(5.1)

(5.2)

где − относительный радиус конусной вставки.

Предельное состояние наклонной прослойки при одновременном действии на нее сдвигающих и растягивающих сил можно оценить из соотношения

, (5.3)

где τ_пр и σ_пр − предельные значения τ и σ при нагружении рассматриваемых соединений на сдвиг или растяжение.

Средние предельные напряжения σ_пр, определяющие несущую способность мягкой прослойки при статическом растяжении, можно найти из соотношения

(5.4)

где − степень механической неоднородности соединений минимальная из и ; − коэффициент контактного упрочнения мягкой прослойки при растяжении нормально к контактной поверхности.

Согласно (5.4) при изменении относительной толщины прослойки χ в пределах (рис.4.2) величина , то есть имеет место равнопрочность соединения менее прочному из основного металла или металлу вставки. Предельное значение сдвигающих напряжений τ_пр равно пределу текучести при чистом сдвиге металла прослойки

(5.5)

С учетом (5.1) − (5.3) соотношение для оценки несущей способности соединения конусной вставки с пластиной (или оболочкой)

(5.6)

(5.7)

Рис. 4.2. Зависимость оптимальной относительной толщины мягкой прослойки χ_оп от угла ее наклона и степени механической неоднородности

Для практических инженерных расчетов предельного давления, действующего на конусную вставку, предложена номограмма (рис.5.3) с помощью которой по известным значениям α, x, определяется величина P_в. При заданном сочетании параметров α, x, χ, может быть обеспечена равнопрочность рассматриваемого соединения металлу конусной вставки. В этом случае возможен перенос разрушения с прослойки на конусную вставку, которая срезается по цилиндрической поверхности диаметром 2 r, показанной на рис.5.2 тонкими линиями. Равнопрочность рассматриваемых соединений материалу конусной вставки описывается следующим выражением:

(5.8)

 

Рис. 5.3. Номограмма для определения величины предельного давления р_в, действующего на конусную вставку

Выражение (5.8) может быть преобразовано в номограмму (рисунок 5.4), позволяющую по известным значениям , и x определять оптимальное значение угла наклона образующей конусной вставки α_оп, при котором обеспечивается равнопрочность соединения материалу вставки. Определение α_on осуществляется методом последовательных приближений. После определения α_on по соотношению (5.7) с учетом находят величину χ_оп.

 

Рис. 5.4. Номограмма для определения оптимальных значений углов наклона конусной вставки α_on в разнородных соединениях