Определение напряжений и деформаций в сварном

Соединении

Прогресс сварочного производства, неразрывно связанный с об­щим прогрессом техники, требует развития и совершенствования мето­дов расчёта на прочность сварных конструкций. Правильная оценка прочности сварных соединений необходима для обеспечения требуе­мой работоспособности в различных условиях эксплуатации и в то же время является важным резервом снижения веса и повышения эконо­мичности изготовления сварных конструкций.

Следует заметить, что все методы расчёта прочности базируют­ся на знании особенностей напряженно-деформированного состояния сварных соединений, возникающего при том или ином виде их нагружения и использовании критериев прочности. Многообразие геометри­ческих форм а характерных особенностей, присущих сварным соединениям чрезмерно усложняет получение замкнутых аналитических реше­ний, позволяющих описать распределение напряжений. Поэтому на практике для исследования распределения напряжений в сварных сое­динениях при их упругом и пластическом нагружении широко исполь­зуют экспериментальные методы.

Из экспериментальных методов в настоящее время наиболее полно разработаны иприменяются следующие методы: тензорезисторный, поляризационно-оптический и метод муаровых полос.

Тензорезисторный метод определения деформаций

И напряжений

Этим методом можно определить компоненты тензора упругопластических деформаций на свободных поверхностях деталей реальных конструкций в широком диапазоне физических условий их работы: температура от -269 до +450⁰С, под водой и в агрессивных средах, в вакууме и при высоких давлениях, при частотах до 0,5 МГц. Ком­поненты тензора напряжений определяют при упругом деформировании по уравнениям закона Гука, а при пластическом деформировании до 10% – по уравнениям теории малых упругопластических деформаций.

На свободной поверхности детали реализуется плоское напряженное состояние (рис. 5.8), в котором отсутствуют нормальные напряжения, перпендикулярные к поверхности, и касательные напря­жения на поверхности. Для изотропного материала закон Гука в этом случае описывается уравнениями:

;                                     (5.3)

;                                     (5.4)

,                                            (5.5)

где –нормальные и касательные напряжения; – линейные и угловые деформации;  модуль упругости, модуль сдвига и коэффициент Пуассона.

 

Рис. 5.8. Напряженно-деформированное состояние элемента

свободной поверх­ности: s, t –нормальные и касательные

напряжения; , – линейные и угловые деформации.

 

Измерение деформаций основано на применении проводникового тензорезистора, чувствительный элемент которого в виде плоской спирали из проволоки или фольги (рис. 5.9) наклеен на подложку из бумаги или плёнки, с помощью которой его приклеивают к исследуемой детали. В общем случае для определения компонентов тензора деформаций в контрольной точке детали наклеивают три или четыре тензорезистора, как показано нарис. 5.10.

 

Рис. 5.9. Чувствительный элемент тензорезистора (уве­личено в 5 раз):   –база тензорезистора; 1 – зона подпайки выводных проводников

Рис. 5.10. Схема располо­жения тензорезисторов  для определения деформаций и напряжений

 

Работа тензорезистора, как первичного преобразователя деформации в электрический сигнал, основана на тензорезистивном эффекте (относительное изменение со­противления проводника пропорционально его деформации).

Измерения производят с помощью тензорезисторной информационно – измерительной системы, состоящей из текзорезисторов, тензорезисторного преобразователя и регистрирующего прибора. Тензорезисторный преобразователь представляет собой мостовую схему включения одного или нескольких тензорезисторов, на выходе которой возникает элек­трическое напряжение, пропорциональное изменению сопротивления тензорезисторов при их деформации. Это напряжение после соответ­ствующего усиления измеряют регистрирующим прибором.

Основной метрологической, характеристикой средства измерения является его статическая характеристика преобразования, устанав­ливающая зависимость сигнала на выходе средства измерения (выход­ного сигнала) от постоянного сигнала на его входе (входного сиг­нала). Возможность измерения переменного входного сигнала оцени­вают динамической погрешностью, которую определяют на основания динамической характеристики средства измерения.