Оцінка міцності стикових зварних з ’єднань із сталі 50 за критеріями тріщиностійкості
Запропоновано теоретико-експериментальну інженерну методику оцінки міцності стикових зварних з ’єднань за схемою триточкового згину балкових зразків із вихідною боковою тріщиною у металі прямого та косого швів відповідно за силовим (КІс) і деформаційним (δс) критеріями механіки крихкого та квазікрих...
Gespeichert in:
| Datum: | 2003 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainian |
| Veröffentlicht: |
Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України
2003
|
| Schriftenreihe: | Проблемы прочности |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/46972 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Оцінка міцності стикових зварних з ’єднань із сталі 50 за критеріями тріщиностійкості / М.С. Когут, В.С. Караїм, Н.М. Лебідь, О.І. Панько // Проблемы прочности. — 2003. — № 2. — С. 147-155. — Бібліогр.: 12 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-46972 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-469722013-07-08T11:40:31Z Оцінка міцності стикових зварних з ’єднань із сталі 50 за критеріями тріщиностійкості Когут, М.С. Караїм, В.С. Лебідь, Н.М. Панько, О.І. Производственный раздел Запропоновано теоретико-експериментальну інженерну методику оцінки міцності стикових зварних з ’єднань за схемою триточкового згину балкових зразків із вихідною боковою тріщиною у металі прямого та косого швів відповідно за силовим (КІс) і деформаційним (δс) критеріями механіки крихкого та квазікрихкого руйнування. Для визначення КImax у випадку згину балки з косою тріщиною отримано формулу, яка враховує значення коефіцієнтів інтенсивності напружень КI, КII та кут нахилу θ*. Досліджено також пластичну зону у вістрі тріщини та кінетику поширення останньої в залежності від геометричної форми швів і гостроти дна концентратора в них для стикових зварних з ’єднань. Наведено дані щодо ранжування міцності таких зварних з ’єднань за критеріями тріщиностійкості КІс і δс. Предложена теоретико-экспериментальную инженерную методику оценки прочности стыковых сварных соединений по схеме трехточечного изгиба балочных образцов с исходной боковой трещиной в металле прямого и косого швов соответственно по силовым (КIc) и деформационным ( δc) критериям механики хрупкого квазихрупкого разрушения. Для определения КImax в случае изгиба балки с косой трещиной получена формула, которая учитывает значения коэффициентов интенсивности напряжений КI, КII и угол наклона θ*. Исследованы также пластическую зону в острие трещины и кинетику распространения последней в зависимости от геометрической формы швов и остроты дна концентратора в них для стыковых сварных соединений. Приведены данные по ранжирование прочности таких сварных соединений по критериям трещиностойкости Kiс и δc. The paper describes a theoretical-experimental approach to engineering evaluation of strength of welded butt-joints in three-point bending of beam specimens with an initial edge crack in metal of the right and scarf joints by means of the force (KIc) and strain (δc) criteria of brittle and quasibrittle fracture mechanics, respectively.To define KImax in the event of bending of a beam with a slanting crack, an equation including the stress intensity factors KI and KII and the crack angle θ* has been obtained. For the welded butt-joints we also explore plasticity region at the crack-tip and kinetics of the crack propagation depending on the geometry of welds and the crack-bottom sharpness. Results of strength ranking of such welded joints from fracture toughness criteria KIc and δc are presented. 2003 Article Оцінка міцності стикових зварних з ’єднань із сталі 50 за критеріями тріщиностійкості / М.С. Когут, В.С. Караїм, Н.М. Лебідь, О.І. Панько // Проблемы прочности. — 2003. — № 2. — С. 147-155. — Бібліогр.: 12 назв. — укр. 0556-171X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/46972 539.4 uk Проблемы прочности Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Ukrainian |
| topic |
Производственный раздел Производственный раздел |
| spellingShingle |
Производственный раздел Производственный раздел Когут, М.С. Караїм, В.С. Лебідь, Н.М. Панько, О.І. Оцінка міцності стикових зварних з ’єднань із сталі 50 за критеріями тріщиностійкості Проблемы прочности |
| description |
Запропоновано теоретико-експериментальну інженерну методику оцінки міцності стикових зварних з ’єднань за схемою триточкового згину балкових зразків із вихідною боковою тріщиною у металі прямого та косого швів відповідно за силовим (КІс) і деформаційним (δс) критеріями механіки крихкого та квазікрихкого руйнування. Для визначення КImax у випадку згину балки з косою тріщиною отримано формулу, яка враховує значення коефіцієнтів інтенсивності напружень КI, КII та кут нахилу θ*. Досліджено також пластичну зону у вістрі тріщини та кінетику поширення останньої в залежності від геометричної форми швів і гостроти дна концентратора в них для стикових зварних з ’єднань. Наведено дані щодо ранжування міцності таких зварних з ’єднань за критеріями тріщиностійкості КІс і δс. |
| format |
Article |
| author |
Когут, М.С. Караїм, В.С. Лебідь, Н.М. Панько, О.І. |
| author_facet |
Когут, М.С. Караїм, В.С. Лебідь, Н.М. Панько, О.І. |
| author_sort |
Когут, М.С. |
| title |
Оцінка міцності стикових зварних з ’єднань із сталі 50 за критеріями тріщиностійкості |
| title_short |
Оцінка міцності стикових зварних з ’єднань із сталі 50 за критеріями тріщиностійкості |
| title_full |
Оцінка міцності стикових зварних з ’єднань із сталі 50 за критеріями тріщиностійкості |
| title_fullStr |
Оцінка міцності стикових зварних з ’єднань із сталі 50 за критеріями тріщиностійкості |
| title_full_unstemmed |
Оцінка міцності стикових зварних з ’єднань із сталі 50 за критеріями тріщиностійкості |
| title_sort |
оцінка міцності стикових зварних з ’єднань із сталі 50 за критеріями тріщиностійкості |
| publisher |
Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України |
| publishDate |
2003 |
| topic_facet |
Производственный раздел |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/46972 |
| citation_txt |
Оцінка міцності стикових зварних з ’єднань із сталі 50 за
критеріями тріщиностійкості / М.С. Когут, В.С. Караїм, Н.М. Лебідь, О.І. Панько // Проблемы прочности. — 2003. — № 2. — С. 147-155. — Бібліогр.: 12 назв. — укр. |
| series |
Проблемы прочности |
| work_keys_str_mv |
AT kogutms ocínkamícnostístikovihzvarnihzêdnanʹízstalí50zakriteríâmitríŝinostíjkostí AT karaímvs ocínkamícnostístikovihzvarnihzêdnanʹízstalí50zakriteríâmitríŝinostíjkostí AT lebídʹnm ocínkamícnostístikovihzvarnihzêdnanʹízstalí50zakriteríâmitríŝinostíjkostí AT panʹkooí ocínkamícnostístikovihzvarnihzêdnanʹízstalí50zakriteríâmitríŝinostíjkostí |
| first_indexed |
2025-07-04T06:31:53Z |
| last_indexed |
2025-07-04T06:31:53Z |
| _version_ |
1836696956864299008 |
| fulltext |
УДК 539.4
Оцінка міцності стикових зварних з ’єднань із сталі 50 за
критеріями тріщиностійкості
М . С. К огут, В. С. К ар аїм , Н . М . Л ебідь, О. І. П анько
Львівський державний аграрний університет, Львів, Україна
Запропоновано теоретико-експериментальну інженерну методику оцінки міцності стико
вих зварних з ’єднань за схемою триточкового згину балкових зразків із вихідною боковою
тріщиною у металі прямого та косого швів відповідно за силовим (КІс) і деформаційним (дс)
критеріями механіки крихкого та квазікрихкого руйнування. Для визначення К1 тах у випадку
згину балки з косою тріщиною отримано формулу, яка враховує значення коефіцієнтів
інтенсивності напружень К1, Кп та кут нахилу в*. Досліджено також пластичну зону у
вістрі тріщини та кінетику поширення останньої в залежності від геометричної форми
швів і гостроти дна концентратора в них для стикових зварних з ’єднань. Наведено дані щодо
ранжування міцності таких зварних з ’єднань за критеріями тріщиностійкості К Іс і дс.
К лю чові слова : стикові зварні з ’єднання, балковий зразок, триточковий
згин, крихке і квазікрихке руйнування, критерії тріщиностійкості.
Вступ. Практика експлуатації зварних конструкцій та аналіз причин їх
руйнування показують, що крихке та квазікрихке руйнування відбуваються,
як правило, внаслідок наявності технологічних дефектів структури, форми
дефекту та місця його залягання в об’ємі матеріалу, дефектів шва зварного
з ’єднання (непровари, несплавності, пустоти і включення), які, в свою чергу,
зумовлють неоднорідність властивостей окремих ділянок з ’єднання та появу
в них зон зі зниженою деформаційною здатністю [1-3].
Відомі певні напрацювання щодо впливу механічної неоднорідності
зварних з ’єднань і оцінки їх міцності за умов крихкого та квазікрихкого
руйнування на основі використання критеріїв механіки руйнування, зокрема
тріщиностійкості К с (К іс) та критичного розкриття тріщ ини д с [4-6].
Також проводиться розробка методик вимірювання д с на двох концентра
торах - кільцевих тріщинах у наплавках циліндричних зразків [7] і на
призматичних зразках із боковою тріщиною у наплавці змінної висоти [8].
Разом із тим мало приділялось уваги вивченню впливу технологічних і
конструктивних чинників на міцність стикових зварних з ’єднань за пара
метрами тріщиностійкості К іс і д с в залежності від способу і геометрії
формування шва та гостроти дефекту - тріщ ини у цьому шві. За нашою
інформацією, ефективних методик для визначення тріщиностійкості та ран
жування міцності таких зварних з ’єднань на лабораторних зразках, які
можна було б застосувати в інженерній практиці, недостатньо.
М ета даної роботи - дослідження міцності стикових зварних з ’єднань
на нових конструкціях призматичних балкових зразків із прямим і косим
швами в залежності від гостроти концентратора та орієнтації тріщини у цих
швах на основі використання силового (К іс) і деформаційного (д с) критеріїв
механіки руйнування.
© М. С. КОГУТ, В. С. КАРАЇМ, Н. М. ЛЕБІДЬ, О. І. ПАНЬКО, 2003
ТХОТ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2003, N 2 147
М. С. Когут, В. С. Караїм, Н. М. Лебідь, О. І. Панько
К оеф іцієнти інтенсивності напруж ень (КІН ). Розглянемо згин балко
вого зразка з боковою тріщиною у прямому та косому стикових швах
зварних з ’єднань (рис. 1).
У випадку бокової тріщини, перпендикулярної до поверхні основи
балки (рис. 1,а), коефіцієнт інтенсивності напружень К і визначено в роботі
[9]:
К 1 = 11,9274л/£ М / [НЬ4Ь( 1 - е ) 3/2д /і+ 7 ,9 9 2 7 е ], (1)
де е = Ї/Ь - відносний розмір тріщини; І - довжина тріщини в металі
прямого шва; Ь - ширина зразка; Н - його товщина; М = РЬ/2 - згинальний
момент від прикладеного зусилля Р посередині зразка.
Рис. 1. Схема триточкового згину балкового зразка з прямою (а) і косою (б) боковими
тріщинами у прямому і косому швах.
Якщо ж бокова тріщ ина нахилена під кутом а = 45° до основи зразка,
(рис. 1,б), то у вістрі тріщини окрім К і буде діяти і коефіцієнт інтен
сивності напружень при поздовжньому зсуві К п . У цьому випадку для
загального КІН наведено формулу [10]
I 2 0 \ в
К Imax = 1 ^ l cos ^ _ 1,5KnSin e | C° S2 ’ (2)
де в - кут між початковим напрямком тріщини та її поширенням після
* *
досягнення гранично-рівноважного стану (коли Р = Р , т о в = в ).
148 ISSN 0556-171X. Проблеми прочности, 2003, № 2
Оцінка міцності стикових зварних з ’єднань
. .
Кут 0 = 0 визначають за допомогою співвідношення [10]
в * = 2агС^ [1 - ^ 1 + 8 С ^ 2 а /(4 С £ а)] (3 )
або з експериментальних досліджень.
Для визначення К 1 і К п , що входять у формулу (2), скористаємося
даними робіт [10, 11]:
К ! = а 4 ж і / (є , Я); К п = а 4 л і g ( є , Я), (4)
де Я - безрозмірна величина, що змінюється від 1 до 2, коли кут нахилу
тріщини приймає значення від л /2 до л ; І - довжина косої тріщини в
металі косого шва (рис. 1,6).
Безрозмірні функції / (£ ,Я), g (£ ,Я) графічно зображено на рис. 2 для
прямокутної пластини розміром 2Ь X Ь при Ь/Ь = 1 [11].
Значення напружень в (4) визначаємо за формулою [12]
а =
6М
НЬ 2
(5 )
тобто вважаємо, що силова схема розтягу пластини з боковою косою тріщ и
ною еквівалентна силовій схемі згину балкового зразка з аналогічною трі
щиною.
Таким чином, при проведенні експериментів на зразках-балках, послаб
лених боковою прямою тріщиною, значення КІН слід визначати за форму
лою (1), а на балках, послаблених боковою косою тріщиною з довільним
кутом нахилу, - за формулою (2), де складові К 1 і К п слід обчислювати за
формулами (3) і (4) з урахуванням залежностей, наведених на рис. 2.
К/
т
5
4
з
2
1
0
\ ■і/ь ■■
~ г
А
% \
1
1 1“
№
0 ,2 г
1,0 1,2 ' 1,6 1,8 Л 1,0 1,2 !,и ' 1,6 р Л
Рис. 2. Безрозмірні залежності КІН К1 (а) і Кп (б) від параметрів Я та є при розтязі
прямокутної пластини з краевою довільно орієнтованою тріщиною для Ь/Ь = 1 [11] ( і -
половина довжини пластини; Ь - ширина пластини).
ЙХ# 0556-171Х. Проблемы прочности, 2003, № 2 149
М. С. Когут, В. С. Караїм, Н. М. Лебідь, О. I. Панъко
П ідготовка т а виготовлення дослідних зразк ів . М атеріалом дослід
жень служила конструкційна сталь 50 (0,50%С), що використовується для
виготовлення рейок трамвайної колії. Із тіла головки рейки в поздовжньому
напрямку вирізали прямокутні бруси (рис. 3) з прямим і косим торцем.
Перед зварюванням торці обох партій брусів у верхній частині шліфували
для щільного прилягання цих поверхонь при контакті.
Рис. 3. Геометричні розміри половинок прямокутників брусів із прямим (а) і косим (б)
торцями для зварювання встик.
Потім їх стикували і у затиснутому стані з ’єднували шляхом автоматич
ного зварювання. Присадковим матеріалом для формування шва був зварю
вальний дріт ( 0 1,0 мм) із матеріалу того ж класу, що і матеріал рейки.
Товщина шва у місці заплавлення (г = 3 мм) співрозмірна з шириною паза,
утвореного внаслідок стикування двох частин брусів. Для зняття внутрішніх
напружень після зварювання заготовки відпалювали при температурі 800оС з
витримкою 3 г та кінцевим охолодженням разом із піччю. Фінішною опера
цією було шліфування бокових і торцевих поверхонь зварених таким чином
з ’єднань. У результаті одержано дві партії дослідних зразків (рис. 4,а,б) із
прямим і косим швами і вихідною боковою тріщиною довжиною І =
= 10 ± 0,1 мм, утвореною у верхній непровареній частині, які придатні для
визначення критеріїв К Іс, К Ітах. Для решти зразків інших партій замість
вихідних тріщин у металі прямого та косого швів виготовляли бокові
концентратори глибиною І = 3 мм з різною гостротою дна (р < 0,25; 0,5;
1,0 мм) та кутом у вістрі а = 60о (рис. 4,в,г).
Загальна кількість зразків-балок із прямим і косим швами в кожній
партії складала 12 шт. Ці зразки служили для вивчення міцності стикових
зварних з ’єднань у залежності від гостроти концентратора та геометрії
сформованого шва в таких з ’єднаннях.
М етодика т а результати експ ери м ен тальни х дослідж ень. Статичний
триточковий згин зварених зразків-балок із прямим і косим швами і боковою
тріщиною в них і таких же зразків інших партій з різними радіусами
закруглення дна концентратора (рис. 4) виконали на розривній машині зі
швидкістю переміщення її активної нижньої траверси V = 1,0 мм/хв. Зразок-
балку встановлювали у стандартний пристрій для триточкового згину плос
кого зразка, обидва торці якого стороною з надрізом опиралися на роликові
ножі, тоді як центральний роликовий ніж розміщувався посередині довжини
зразка з протилежної сторони від надрізу.
150 ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2003, № 2
Оцінка міцності стикових зварних з ’єднань
200
а
200
гЧШ:05: ІЛ
г
Рис. 4. Геометричні розміри балкових зразків із прямим (а) і косим (б) швами з тріщиною, а
також із прямим (в) і косим (г) швами з концентраторами різної гостроти дна.
Завдяки застосуванню цієї схеми навантаження у вістрі тріщини зразка
з прямим швом (рис. 4,а) має місце руйнування за типом К І5 а у зразку з
косим швом (рис. 4 ,б) - за змішаною модою К І + К ІІ.
Для підрахунку К іс металу з ’єднань за вибраною схемою триточ-
кового згину балкових зразків із боковою тріщиною у прямому шві вико
ристано формулу (1), а для підрахунку К Ітах при аналогічному згині
балкових зразків із боковою тріщиною у косому шві (а = 45°) - формули
(2)-(4).
За допомогою цих формул підраховували і умовні значення К с у
залежності від гостроти дна концентратора у металі прямого та косого швів.
. . • ̂
У процесі експерименту фіксували величину руйнівного зусилля Р = Р ,
геометричні розміри зразків Ь і к, обчислювали згинальні моменти М , а
також вимірювали довжину прямої і косої тріщин І та напрям кута поши-
*
рення тріщини в .
У випадку косої тріщини, нахиленої під кутом а = 45°, згідно з рис. 1,б
і рис. 2 величина Л = 1,5. Використавши є = І/Ь = 0,3333 і Л = 1,5, згідно з
рис. 2 (штрихові горизонтальні лінії) визначили значення безрозмірних
функцій / (є ,Я) і g (є , Л), які відповідно дорівнюють
/ (0,3333; 1,5) = 1; g (0,3333; 1,5) = 0,44. (6)
0556-171Х. Проблемы прочности, 2003, № 2 151
М. С. Когут, В. С. Караїм, Н. М. Лебідь, О. I. Панько
Я к показали обчислення за формулою (3) і дані експериментальних
досліджень, в момент руйнування зразка з косою тріщиною кут її пот и
.
рення складає в = —90°, тобто тріщ ина буде зростати перпендикулярно до
основи балки. Дійшовши до лінії сплавлення металу косого шва з основою,
тріщ ина поширюється по цій лінії аж до повного руйнування зразка-балки.
У результаті залежність (2) після відповідних обчислень прийме вигляд
К Ттах = 1,2198 о * 4 л ї , (7 )
де о - граничне руйнівне напруження, яке витримує балка при дії згиналь
ного моменту.
Результати експериментів для зварних з ’єднань зі сталі 50 щодо залеж
ності К с та д від геометричної форми швів і напряму тріщини у цих швах
представлено на рис. 5. Там же наведено величини К с для інших партій
дослідних зразків зварних з ’єднань у залежності від гостроти дна концент
ратора р. Видно, що функція К с = / ( р ) для гострих концентраторів і
тріщини в інтервалі 0 < р < 0,25 мм приймає стабільні мінімальні значення,
що для прямого шва складає К с = К Тс, для косого - К с = К Ттах (штрихові
горизонтальні лінії на рис. 5,а). Для зразків зі збільшеними радіусами дна
концентратора отримано зростання умовних значень характеристики
К с = / ( р ) в інтервалі 0,25 < р < 1,0 мм (криві 1, 2 на рис. 5,а) як для
прямого, так і для косого швів матеріалу зварних з ’єднань.
К с , МПал/м д, мм
80
60
40
20
\
.............ч
1
ч
'
1
\
І
ч
̂ ; і ЇГ * * ;
^ ^ Т
_ — <4* _ •
к,.і
^ — т т і
;
|
0,25 0,5
а
і.о
р, мм
0,20
0,15
0,10
0,05
V ̂
"
Ч
...
...
...
...
ч
\
\
і..
...
...
...
...
...
...
...
...
...
..
. А
/ « *
/ •* :
► ! лУч-'' 1 : — б£" '
4**
г ...... : .
_____
-------- І-------- і— ►—
0,25 0,5
б
1,0
р, мм
Рис. 5. Залежність в’язкості руйнування Кс (а) і розкриття тріщини д (б) від гостроти дна
концентратора після згину балкових зразків: 1, 2 - зварне з’єднання з прямим і косим швом
відповідно.
Щ о стосується міцності стикових зварних з ’єднань у залежності від гео
метрії виготовленого шва, то перевагу слід надати косому шву у порівнянні з
прямим, про що свідчать більші значення Д = К Ітах — К Іс для цих швів
відповідно.
152 ІББИ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2003, № 2
Оцінка міцності стикових зварних з ’єднань
О д н о ч а с н о н а ц и х ж е п а р т ія х д о с л ід н и х з р а зк ів , д е в и з н а ч а л и т р іщ и н о -
с т ій к іс т ь п р я м о г о ( К Іс) і к о с о г о ( К і т а х ) ш в ів , а т а к о ж у м о в н у т р іщ и н о -
с т ій к іс т ь п р я м о г о і к о с о г о ш в ів і з р і з н о ю г о с т р о т о ю к о н ц е н т р а т о р ів ( К с =
= / ( р ) ) , в и м ір я н о р о з к р и т т я т р іщ и н и д с і д с т а х т а р о з к р и т т я б е р е г ів
к о н ц е н т р а т о р ів -н а д р із ів д = / ( р ) . У в с іх в и п а д к а х в и м ір ю в а н н я р о з к р и т т я
т р іщ и н и і з м іщ е н н я б е р е г ів к о н ц е н т р а т о р ів р і з н о ї г о с т р о т и д н а з д ій с н ю в а л и
к а т е т о м е т р о м , о к у л я р я к о г о б у в с ф о к у с о в а н и й у к ін ч и к т р іщ и н и а б о у р а д іу с
д н а к о н ц е н т р а т о р а . Р езу л ь т а т и ц и х в и м ір ю в а н ь (р и с . 5 ,6 ) п р а к т и ч н о п ід т в е р д
ж у ю т ь о т р и м а н і з а к о н о м ір н о с т і (р и с . 5 ,а ) .
П р и о б с т е ж е н н і п о л ір о в а н о ї б о к о в о ї г р а н і з р а з к а -б а л к и п р а к т и ч н о н е
в и я в л е н о ф о р м у в а н н я п л а с т и ч н о ї з о н и у в іс т р і т р іщ и н и у м е т а л і п р я м о г о т а
к о с о г о ш в ів . Н а д іа г р а м і р у й н у в а н н я м а й ж е в ід с у т н я д іл я н к а т е к у ч о с т і м а т е
р іа л у . П іс л я п о в н о г о р у й н у в а н н я зр а зк а в ід м іч а в с я к р и с т а л іч н и й з л о м с ір о г о
к о л ь о р у і, я к н а с л ід о к , м ін ім а л ь н і т р іщ и н о с т ій к іс т ь К і с (р и с . 5 ,а ) і к р и
т и ч н е р о з к р и т т я т р іщ и н и д с (р и с . 5 ,6 ) м е т а л у ш в а з в а р н и х з ’є д н а н ь (н и ж н і
т о ч к и н а к р и в и х 1, 2 ) .
Д л я зр а зк ів і з р із н и м р а д іу с о м д н а к о н ц е н т р а т о р а в ін ш и х п а р т ія х н а
п о л ір о в а н и х п о в е р х н я х ї х б о к о в и х г р а н е й ч іт к о в и р а ж е н і п л а с т и ч н і с м у г и ,
я к і, р о з г а л у ж у ю ч и с ь і з в іс т р я т р іщ и н и д о ї ї ф р о н т у , ф о р м у ю т ь к у т а = 7 2 °
Д іа г р а м а р у й н у в а н н я м а є з н а ч н у д іл я н к у т е к у ч о с т і , п р о т я ж н іс т ь я к о ї з р о с т а є
з і з б іл ь ш е н н я м р а д іу с а д н а к о н ц е н т р а т о р а р у м е т а л і п р я м о г о ш в а . К о н т
р а с т н іс т ь ц и х с м у г , ї х р о з м ір и п о ш и р и н і т а в и с о т і з б іл ь ш у ю т ь с я з р о с т о м
*
н а в а н т а ж е н н я зг и н у , б л и зь к о г о д о р у й н ів н о г о , т о б т о р = р . Ц е с а м е м а є м о
і п р и р у й н у в а н н і з в а р н и х з ’є д н а н ь і з р і з н о ю г о с т р о т о ю д н а к о н ц е н т р а т о р а р
у м е т а л і к о с о г о ш в а , д е п л а с т и ч н і с м у г и б іл ь ш к о н т р а с т н іш і, н іж у м е т а л і
п р я м о г о ш в а . Я к н а с л ід о к , в ід п о в ід н о з р о с т а ю т ь у м о в н і з н а ч е н н я К с = / ( р )
1 д = / ( р ) - н а р и с . 5 ш т р и х о в і л ін ії .
В и к л и к а є ін т е р е с і к ін е т и к а п ід р о с т а н н я т р іщ и н и у з р а з к а х і з п р я м и м т а
к о с и м ш в а м и . Т а к , у п е р ш о м у в и п а д к у т р іщ и н а п о ш и р ю є т ь с я п о с е р е д и н і
ш в а в е р т и к а л ь н о в в е р х , п р о щ о с в ід ч и т ь м а й ж е п р я м о л ін ій н и й з л о м зр а зк а -
б а л к и . Щ о с т о с у є т ь с я к о с о г о ш в а , т о т у т п о ш и р е н н я т р іщ и н и в ід б у в а є т ь с я
м а й ж е п р я м о л ін ій н о в в е р х н а к о р о т к о м у в ід р ізк у , д о к и ї ї в е р ш и н а с я г н е л ін і ї
з о н и с п л а в л е н н я . В ід м іч а є т ь с я р о з в о р о т т р іщ и н и , п р и ц ь о м у п о д а л ь ш и й ї ї
р іс т , т о б т о н а п р я м о к п о ш и р е н н я , з а б е з п е ч у є к у т н а х и л у ш в а з в а р н о г о з ’є д
н а н н я (а = 4 5 ° ) а ж д о п о в н о г о р у й н у в а н н я зр а зк а -б а л к и .
Р е зу л ь т а т и е к с п е р и м е н т а л ь н и х д о с л ід ж е н ь о т р и м а н о н а з в а р н и х з ’є д
н а н н я х з і с т а л і 5 0 , м е х а н іч н і х а р а к т е р и с т и к и я к о ї н а с т у п н і: о в = 6 4 0 М П а ;
0 0 2 = 3 8 0 М П а ; у д а р н а в ’я з к іс т ь а н = 4 0 Д ж /с м .
В и с н о в к и
1. Р о з р о б л е н о т е о р е т и к о -е к с п е р и м е н т а л ь н у ін ж е н е р н у м е т о д и к у о ц ін к и
м іц н о с т і с т и к о в и х з в а р н и х з ’є д н а н ь н а л а б о р а т о р н и х б а л к о в и х з р а з к а х із
в и х ід н о ю б о к о в о ю т р іщ и н о ю у м е т а л і п р я м о г о т а к о с о г о ш в ів . В о н а в и я в и
л а с я е ф е к т и в н и м ін с т р у м е н т о м д л я р а н ж у в а н н я т а к и х з ’ є д н а н ь з а с и л о в и м и
( К Іс) і ( К Іс т а х ) і д е ф о р м а ц ій н и м и (д с ) і (д с т а х ) к р и т е р ія м и т р іщ и н о с т ій -
к о с т і.
ISSN 0556-171Х. Проблеми прочности, 2003, № 2 153
М. С. Когут, В. С. Караїм, Н. М. Лебідь, О. I. Панько
2 . Н а п р и к л а д і д о с л ід ж е н ь с т и к о в и х зв а р н и х з ’є д н а н ь з і с т а л і 5 0 в с т а
н о в л е н о б іл ь ш і зн а ч е н н я т р іщ и н о с т ій к о с т і ( К і т а х = 6 9 М П ал /ім і д ст а х =
= 0 ,1 7 м м ) д л я м е т а л у з т р іщ и н о ю у к о с о м у ш в і в п о р ів н я н н і з т р іщ и н о -
с т ій к іс т ю ( К іс = 4 3 М П а л /м і д с = 0 ,1 1 м м ) д л я м е т а л у з т р іщ и н о ю у
п р я м о м у ш в і.
3 . П р о в е д е н о д е т а л ь н е т е о р е т и ч н е у з а г а л ь н е н н я ф о р м у л и (2 ) д л я п ід
р а х у н к у к о е ф іц іє н т а ін т е н с и в н о с т і н а п р у ж е н ь К і т а х у в и п а д к у б о к о в о ї
к о с о ї т р іщ и н и , щ о з н а х о д и т ь с я в м е т а л і к о с о г о ш в а п р и з м а т и ч н о г о б а л к о
в о г о зр а зк а , с т и к о в о г о з в а р н о г о з ’є д н а н н я .
4 . В із у а л ь н і с п о с т е р е ж е н н я с в ід ч а т ь п р о з б іл ь ш е н н я п л а с т и ч н о - д е ф о р -
м о в а н о ї о б л а с т і в з а л е ж н о с т і в ід г е о м е т р и ч н о ї ф о р м и ш в а т а г о с т р о т и д н а
к о н ц е н т р а т о р а у п р я м о м у і к о с о м у ш в а х с т и к о в и х з в а р н и х з ’є д н а н ь . В о н а
м ін ім а л ь н а у м а т е р іа л і п р я м о г о ш в а з в и х ід н о ю т р іщ и н о ю і м а к с и м а л ь н а у
м а т е р іа л і к о с о г о ш в а з н а й б іл ь ш и м р а д іу с о м за к р у г л е н н я д н а к о н ц е н т р а т о р а .
5 . К ін е т и к а п о ш и р е н н я т р іщ и н и у м е т а л і п р я м о г о ш в а п р о х о д и т ь в е р т и
к а л ь н о п о в с ій в и с о т і п о п е р е ч н о г о п е р е т и н у б а л к о в о г о зр а зк а , а в м е т а л і
к о с о г о ш в а - с п о ч а т к у в е р т и к а л ь н о д о л ін і ї с п л а в л е н н я ш в а з о с н о в н и м
м а т е р іа л о м і з п о д а л ь ш и м р о з в о р о т о м і п о ш и р е н н я м п о л ін і ї с п л а в л е н н я в
н а п р я м к у с ф о р м о в а н о г о к у т а н а х и л у ш в а , т о б т о в п л о щ и н і к о с о г о п е р е т и н у
б а л к о в о г о зр а зк а с т и к о в о г о з в а р н о г о з ’є д н а н н я .
Р е з ю м е
П р е д л о ж е н а т е о р е т и к о -э к с п е р и м е н т а л ь н а я и н ж е н е р н а я м е т о д и к а о ц е н к и
п р о ч н о с т и с т ы к о в ы х с в а р н ы х с о е д и н е н и й п о с х е м е т р е х т о ч е ч н о г о и з г и б а
б а л к о в ы х о б р а з ц о в с и с х о д н о й б о к о в о й т р е щ и н о й в м е т а л л е п р я м о г о и
к о с о г о ш в о в с п о м о щ ь ю с о о т в е т с т в е н н о с и л о в о г о (К іс ) и д е ф о р м а ц и о н н о г о
(д с) к р и т е р и е в м е х а н и к и х р у п к о г о и к в а з и х р у п к о г о р а з р у ш е н и я . Д л я о п р е
д е л е н и я К і т а х в с л у ч а е и з г и б а б а л к и с к о с о й т р е щ и н о й п о л у ч е н а ф о р м у л а ,
у ч и т ы в а ю щ а я з н а ч е н и я к о э ф ф и ц и е н т о в и н т е н с и в н о с т и н а п р я ж е н и й К і , К п
*
и у г о л н а к л о н а в . И с с л е д о в а н ы т а к ж е з о н а п л а с т и ч н о с т и в в е р ш и н е
т р е щ и н ы и к и н е т и к а е е р а с п р о с т р а н е н и я в з а в и с и м о с т и о т г е о м е т р и ч е с к о й
ф о р м ы ш в о в и о с т р о т ы д н а к о н ц е н т р а т о р а в н и х д л я с т ы к о в ы х с в а р н ы х
с о е д и н е н и й . П р и в е д е н ы д а н н ы е п о р а н ж и р о в а н и ю п р о ч н о с т и т а к и х с в а р н ы х
с о е д и н е н и й с п о м о щ ь ю к р и т е р и е в т р е щ и н о с т о й к о с т и К іс и д с .
1. К о г у т Н . С ., Ш а х м а т о в М . В . , Е р о ф е е в В . В . Н е с у щ а я с п о с о б н о с т ь
с в а р н ы х с о е д и н е н и й . - Л ь в ів : С в іт , 1 9 9 1 . - 1 8 4 с.
2 . Ш а х м а т о в М . В . , Е р о ф е е в В . В . , М и х а й л о в В . И . и д р . В л и я н и е щ е л е
в и д н ы х д е ф е к т о в н а г р а н и ц е с п л а в л е н и я н а н е с у щ у ю с п о с о б н о с т ь м е х а
н и ч е с к и н е о д н о р о д н ы х с в а р н ы х с о е д и н е н и й / / П р и м е н е н и е м е х а н и к и
р а з р у ш е н и я д л я о ц е н к и п р о ч н о с т и и н а д е ж н о с т и с в а р н ы х с о е д и н е н и й и
к о н с т р у к ц и й . - Л ., 1 9 8 3 . - С . 7 4 - 7 8 .
3 . Р о м а н и в О . Н . В я з к о с т ь р а з р у ш е н и я к о н с т р у к ц и о н н ы х м а т е р и а л о в . -
М .: М е т а л л у р г и я , 1 9 7 9 . - 2 0 0 с.
154 ІХХМ 0556-171Х. Проблемыг прочности, 2003, N 2
Оцінка міцності стикових зварних з ’єднань
4 . Махненко В. И ., Починок В. Е. П р и м е н е н и е к р и т е р и е в м е х а н и к и р а з р у
ш е н и я к р а с ч е т у н а п р о ч н о с т ь с в а р н ы х с о е д и н е н и й с п р е д у с м о т р е н ы м и
н е с п л о ш н о с т я м и т р е щ и н о о б р а з н о г о т и п а / / А в т о м а т . с в а р к а . - 1 9 8 2 . -
№ 1. - С . 1 - 6 .
5 . Серенсен С. В ., Гиренко В. С ., Дейнего В. Г. и др. К р и т и ч е с к о е р а с
к р ы т и е т р е щ и н п р и к в а з и х р у п к о м и х р у п к о м р а з р у ш е н и и / / Т а м ж е . -
№ 2 . - С . 1 - 6 .
6 . Steigerwald A. E. and Hanna G. L. I n f lu e n c e o f w o r k h a r d e n in g e x p o n e n t o f
th e fr a ctu r e t o u g h n e s s h ig h s tr e n g th m a te r ia ls / / T ra n s. M e ta llu r g . S o c .
A I M E . - 1 9 6 8 . - 2 4 2 , N o . 2 . - P . 3 2 0 - 3 2 8 .
7 . Лебідь H. М ., Русинко К. М. О ц ін к а т р іщ и н о т р и в к о с т і з в а р н и х з ’є д н а н ь
і з к в а з ік р и х к и х і в ’я з к и х м а т е р іа л ів з а к р и т е р іє м к р и т и ч н о г о р о з к р и т т я
т р іщ и н и / / В іс н и к д е р ж . у н - т у “Л ь в ів с ь к а п о л іт е х н ік а ” . О п т и м із а ц ія
в и р о б н и ч и х п р о ц е с ів і т е х н іч н и й к о н т р о л ь у м а ш и н о б у д у в а н н і і п р и
л а д о б у д у в а н н і . - 1 9 9 9 . - В ы п . № 3 7 1 . - С . 6 5 - 7 1 .
8 . Когут М. С. В и з н а ч е н н я т р іщ и н о т р и в к о с т і з в а р н и х з ’є д н а н ь б а г а т о
р а з о в и м в и п р о б у в а н н я м п р и з м а т и ч н о г о зр а зк а з б о к о в о ю т р іщ и н о ю / /
Т а м ж е . - С . 7 9 - 8 2 .
9 . Панько І. М. Т е о р е т и ч н і о с н о в и ін ж е н е р н и х м е т о д ів о ц ін к и т р іщ и н о -
с т ій к о с т і м а т е р іа л ів і е л е м е н т ів к о н с т р у к ц ій . - Л ь в ів : Л ь в ів с ь к и й д е р
ж а в н и й а г р а р н и й у н -т , 2 0 0 0 . - 2 7 9 с.
1 0 . Панасюк В. В. М е х а н и к а к в а з и х р у п к о г о р а з р у ш е н и я м а т е р и а л о в . -
К и е в : Н а у к . д у м к а , 1 9 9 1 . - 4 1 5 с.
1 1 . Bowie J. L. S o lu t io n o f p la n e c r a c k p r o b le m s b y m a p p in g t e c h n iq u e / /
M e th o d s o f A n a ly s is a n d S o lu t io n s o f C r a c k P r o b le m s . - L e y d e n : N o o r d h o f f
In tern . P u b l. , 1 9 7 3 . - P . 1 - 5 5 .
1 2 . Тимошенко С. П. С о п р о т и в л е н и е м а т е р и а л о в . - М .: Н а у к а . - Т . 1 , 1 9 6 5 .
- 3 6 3 с .
Поступила 26. 12. 2000
ISSN 0556-171X. Проблемы прочности, 2003, № 2 155
|