Устройство для определения прочности на срез сварных соединений внахлёст пластинки и стержня

Полезная модель относится к устройствам для определения предела прочности на срез (ППС) образцов сварных соединений (СС) внахлест (ОССВ) пластин и стержней при статическом сжатии, в частности, к устройствам применимым при определении ППС ОССВ.
Известны штатные захваты (устройства) разрывных машин и форма образцов (ГОСТ 6996-66) для испытания ОССВ и определения ППС при статическом растяжении. Устройства, как правило, основанные на использовании эффекта клинообразного обжатия ОССВ и осевого приложения нагрузки к каждому из элементов образца, используют для обжатия 2×(50÷80) мм длины образца - это предопределяет полную длину ОССВ в 200÷300 мм.
Недостатками устройств и формы образцов (фиг. 1а) являются: влияние на точность определения ППС сварного шва (СШ) эксцентриситета (фиг. 1б) приложения растягивающих нагрузок к ОССВ и его пластического деформирования (фиг. 1в); значительный расход материала для изготовления ОССВ.
Техническим эффектом предлагаемой полезной модели являются: снижение влияния эксцентриситета приложения нагрузки на точность определения предела ППС; уменьшение расхода материала на изготовление ОССВ.
Указанный технический эффект достигается тем, что устройство для определения прочности на срез, состоящее из обоймы в форме прямой призмы с прямоугольным пазом и цилиндрическим отверстием, в которые помещают ОССВ, а также уплотняющей пластинки, устанавливаемой между обоймой и ОССВ, препятствующей деформациям ОССВ, обеспечивает при сжатии системы «обойма + ОССВ» чистый сдвиг (срез) СШ.
На фиг. 1a представлены план, фасад и поперечное сечение ОССВ. На фиг. 1б и фиг. 1в изображены зоны СШ до и после приложения нагрузки при обычном, нормативном положении ОССВ в захватах разрывной машины.
На фиг. 2 изображены общий вид ОССВ (фиг. 2а) и проекции ОССВ на плоскости (фиг. 2б), где: 1 - стержень СС; 2 - пластинка СС; 3 - СШ.
в
в
На фиг. 3 изображены проекции на плоскости обоймы для проведения испытаний, где: А, С, Н - размеры обоймы; d - диаметр сквозного цилиндрического отверстия для стержня ОССВ; А, с, h - размеры призматического паза для пластинки ОССВ.
На фиг. 4 изображены вертикальный разрез и план обоймы, с расположенным в ней ОССВ, где: 4 - уплотняющая пластинка, препятствующая деформациям пластинки ОССВ при ее малой толщине, δ<<d.
После выполнения испытаний путем сжатия ОССВ, расположенного в обойме, определяются:
p
F - разрушающая нагрузка;
в
τ - ППС СШ:
При испытаниях ОССВ, аналогично нормативному способу, вследствие эксцентричности приложения активной и реактивной сил (см. фиг. 5), кроме касательных напряжений в плоскости СШ, появляются нормальные напряжения σ (фиг. 5, эп. σ по длине СШ), перпендикулярные плоскости пластинки, и СШ испытывает сложное напряженное состояние, которое отражается на оценке предела прочности на срез.
э
р
Максимальные нормальные напряжения maxσ определяются из условия равенства моментов эксцентриситета М и реактивного момента М усилий по вертикальной плоскости контакта обоймы и ОССВ:
Соотношение
позволяет оценить влияние maxσ на прочность СШ:
при k<0,05÷0,10 влияние весьма мало и в инженерных расчетах им можно пренебречь;
при k<0,10÷0,25 влияние существенно и может быть учтено путем соответствующего увеличения коэффициента запаса прочности, например, путем увеличения длины СШ;
при k>0,25 оценку прочности СШ необходимо выполнять по соответствующей теории прочности.
Пример. Для исследования прочности СШ были изготовлены образцы из стальных пластин (Ст-3, δ=10 мм) и приваренных внахлест арматурных стержней (Ст-5, d=12 мм) периодического профиля. Сварка выполнялась на лазерном роботизированном комплексе использованием волоконного лазера ЛС-5 (IPG Photonics/ИРЭ-Полюс) при непрерывном излучении в среде защитного газа (аргон).
На фиг. 6 изображены: а) образец в устройстве при испытании на срез в испытательной машине Р-10; б) общий вид образцов после испытаний.
В табл. 1 представлены результаты испытаний 6-ти образцов ОССВ.
Таким образом, вследствие применения устройства и нагружения системы «обойма + ОССВ» статическим сжатием: снижается влияние эксцентриситета приложения нагрузки на точность определения ППС; в 2,5÷4,0 раза сокращается расход материала на изготовление ОССВ за счет уменьшения их размеров; расширяется парк применяемых испытательных машин.
Устройство для определения ППС ОССВ пластинки и стержня при статическом сжатии может применяться для определения предела прочности на срез в учебных, научных и промышленных лабораториях.
Устройство для определения прочности на срез сварных соединений внахлест пластинки и стержня