2.6.4. Оцінка напружень у моделях точкових зварних з'єднань методом фотопружності

Мета роботи - дослідити розподіл зусиль у багатоточковому зварному з'єднанні.

Завдання роботи - вивчити розподіл зусиль у моделях багатоточкових зварних напускних з'єднань поляризаційно-оптичним методом. Роботу виконують на трьох зразках з полікарбонату, що складають моделі двозрізних точкових з'єднань з кількістю точок у поздовжньому ряду 3, 4 та 5. На рис. 2.55 зображено модель двозрізного точкового з'єднання з трьома точками в поздовжньому ряду.

Зразки піддають розтягу гвинтоважільним навантажувальним пристроєм лабораторної поляризаційної установки. Прозору модель зварного з'єднання просвічують поляризованим світлом, що дає можливість спостерігати через аналізатор кольорову інтерференційну картину. Частку зусилля, що сприймається крайніми точками, визначають, зіставляючи кольори основного металу до та після точок.

Напруження в елементі розтягуваного зразка визначають за формулою:

де Р - розтяжне зусилля; площа поперечного перерізу елемента.

Водночас напруження в розтягнутому елементі з оптично активного матеріалу, згідно із законом Вертгейма, визначають за формулою:

оптична різниця ходу променів; відносний оптичний коефіцієнт напружень; товщина елемента.

Прирівнюючи праві частини виразів (2.7) та (2.8), отримуємо співвідношення:

Оскільки для конкретного зразка відношення є постійною величиною Таким чином, між зусиллям, що передається через лобовий переріз елемента, і різницею ходу променів у цьому перерізі існує пряма пропорційна залежність, що дає змогу використовувати різницю ходу променів для визначення частки зусилля, що передається точками.

Щоб визначити, яка частка зусилля, прикладеного до моделі зварного з'єднання, передається через крайню точку, необхідно взяти різницю між різницями ходу променів, що відповідають забарвленню елемента, до точки та після неї.

Необхідні прилади та обладнання:

• моделі поперечного перерізу точкових з'єднань з 3, 4 та 5 точками в поздовжньому ряду;

• штангенциркуль;

• лабораторна поляризаційна установка.

Послідовність виконання роботи

1. Ознайомитися з методикою визначення напружень методом фотопружності.

2. Установити дослідний зразок на траверсі лабораторної поляризаційної установки.

3. Увімкнути поляризаційну установку в мережу й переконатися, що екран рівномірно освітлюється.

4. Гвинтоважільним пристроєм навантажити модель до появи перших ознак червоного кольору в перерізі 1—1 (послідовність появи кольорів: чорний, сіро-синій, білий, світло-жовтий, червоний).

7. Повторити пп. 2-6 для зразків з іншою кількістю точок у поздовж­ньому ряду.

8. Обчислити, яка частка силового потоку передається через середні точки.

9. Розвантажити та зняти зразок.

Вимоги до звіту У звіті необхідно відобразити:

1. мету й завдання роботи;

2. модель багатоточкового зварного з'єднання;

3. результати експериментальних досліджень;

4. графічну інтерпретацію частки зусилля, яке сприймають точки з'єднання;

5. аналіз характеру розподілу зусилля між точками в однорядному багатоточковому з'єднанні.

Контрольні запитання

1. У чому полягає закономірність розподілу зусиль між окремими точками однорядного точкового зварного з'єднання?

2. Від чого залежить коефіцієнт концентрації в точковому з'єднанні внаслідок згущення силових ліній?

ПИТАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ ДО РОЗДІЛУ 2

1. Які матеріали називаються конструкційними?

2. Яю сталі здатні до зварювання без обмежень?

3. Які сталі мають обмежену здатність до зварювання?

4. Як класифікуються сталі?

5. Які основні механічні властивості сталі СтЗ?

6. Який сортамент сталей?

7. Як класифікуються алюмінієві сплави?

8. Як класифікуються титанові сплави?

9. Які властивості матеріалів на основі полімерів?

10. Що таке композити?

11. Яка методика вибору матеріалу для зварних конструкцій?

12. Які основні типи зварних з'єднань застосовують при електродуговому зварюванні?

13. Які основні типи зварних швів застосовують при зварюванні?

14. Як на кресленні зображаються і позначаються зварні шви і з'єднання?

15. Що таке механічна неоднорідність зварних з'єднань?

16. Що називається м'яким прошарком, у результаті чого він з'являється? Що таке твердий прошарок?

17. Які явища мають місце у зоні м'якого прошарку при розтягу зварного з'єднання?

18. Чи являють небезпеку м'які прошарки?

19. Що являє собою контактне зміцнення?

20. До чого призводить конструктивна неоднорідність?

21. Що являє собою концентрація напружень?

22. Які фактори викликають концентрацію напружень у зварних кон­струкціях?

23. Яким шляхом відбувається розподіл напружень у стиковому з'єднанні? У яких точках з'єднання напруження максимальні?

24. Чому є корисною механічна обробка стикового шва?

25. Які напруження виникають у лобовому шві?

26. У яких точках лобового шва дотичні напруження мають максимум?

27. У яких точках флангових швів дотичні напруження мають максимум?

1. Які фактори викликають концентрацію напружень у точковому з'єднанні?

28. Як розподіляються зусилля між крапками в поздовжньому ряді точкового шва?

29. Як відбувається розподіл напружень у поперечному перерізі смуги, з отвором, що працює в межах пружної деформації?

30. Що відбувається з концентрацією напружень у пластині з отвором при переході деформацій із пружної стадії в пластичну?

31. Чи робить вплив на міцність концентрація напружень при статичному навантаженні?

32. Чи робить вплив на міцність концентрація напружень при змінному навантаженні?

33. Який характер розподілу залишкових напружень в типових зварних з'єднаннях?

34. Які технологічні дефекти впливають на неоднорідність зварних з'єднань?

35. Які шляхи впливу на характер термічного циклу при зварюванні?

36. За рахунок чого впливають на процеси у розплаві зварювальної ванни?

37. Які заходи боротьби з технологічними дефектами при зварюванні?

38. Які види термообробки застосовують для зниження залишкових напружень?

39. Який механізм утворення залишкових напружень?

40. Перерахуйте заходи впливу на утворення залишкових напружень.

41. Яким чином можна впливати на розміри зони залишкової пластичної деформації?

42. Яким чином можна впливати на величину залишкової пластичної деформації?

43. Який механізм зниження напружень при термообробці?

44. Назвіть загальні вимоги до зварних з'єднань з точки зору зменшення їхньої неоднорідності.

При проектуванні зварних з'єднань особливу увагу слід приділяти вибору методики розрахунку на міцність, яка дозволяла б визначити дійсний напружений і деформований стан з'єднання в залежності від конструктивної форми з'єднання і його навантаження. Для вирішення цієї задачі потрібно скласти типову розрахункову схему, яка повинна по можливості відображати реальні умови роботи з'єднання і вибрати відповідну до схеми стандартну методику розрахунку на міцність.