Экспериментальный метод определения корректирующего коэффициента для сварных конструкций из стального проката

Б.1 Для определения корректирующего коэффициента K₃, используемого при вычислениях коэффициентов запаса сопротивления усталости сварных конструкций из стального проката, изготавливают серию типовых сварных образцов, проводят стендовые вибрационные испытания и, основываясь на их результатах, вычисляют корректирующий коэффициент K₃ по формуле

, (Б.1)

гдеσ₋₁ − среднее значение предела выносливости стандартного образца из применяемой стали при изгибе с симметричным циклом нагружения;

σ_R − предел выносливости типового сварного образца из применяемой стали, определяемый в результате стендовых вибрационных испытаний при изгибе с асимметричным циклом нагружения с коэффициентом асимметрии R = 0,25;

σ_{R(Ст3сп5)} − предел выносливости типового сварного образца, изготовленного из проката категории 5 по ГОСТ 14637 из стали Ст3сп по ГОСТ 380 при изгибе с асимметричным циклом нагружения с коэффициентом асимметрии R = 0,25;

σ_{−1(Ст3сп5)} − предел выносливости стандартного образца, изготовленного из проката категории 5 по ГОСТ 14637 из стали Ст3сп по ГОСТ 380 при изгибе с симметричным циклом нагружения.

Принимают σ_{−1(Ст3сп5)} = 195 МПа,σ_{r(Ст3сп5)} = 90 МПа.

Б.2 Типовой сварной образец (рисунок Б.1) представляет собой полую сварную балку прямоугольного сечения с накладкой прямоугольной формы.

Рисунок Б.1 – Типовой сварной образец

При изготовлении и подготовке образцов к испытаниям необходимо учитывать следующее:

- образцы изготавливают на предприятии, изделия которого подлежат контролю по коэффициентам запаса сопротивления усталости;

- накладку приваривают после изготовления и полного остывания балки.

- не допускается после приварки накладки к горизонтальному листу балки выполнять сглаживающую механическую обработку по границе сплавления шва в месте перехода его на горизонтальный лист балки;

- не допускаются наклеп, аргонодуговая обработка и другие способы упрочняющей или сглаживающей обработки, а также термическая обработка.

Б.3 На испытания представляют не менее 10 типовых сварных образцов, изготовленных с учетом требований Б.2.

Б.4 Испытания проводят на стенде, оборудованном счетчиком циклов, по схеме поперечного изгиба балки, лежащей на двух опорах, как показано на рисунке Б.2.

Рисунок Б.2 – Схема нагружения типового сварного образца

(точка приложения пульсирующей нагрузки P может быть изменена

в зависимости от конструкции стенда)

Б.5 Испытания проводят на базе 10⁷ циклов нагружения.

Коэффициент асимметрии цикла нагружения R устанавливают равным 0,25.

Б.6 При подготовке испытаний для каждого образца задают (с учетом результатов испытаний предыдущих образцов) номинальное максимальное напряжение цикла нагружения σ_max в сечениях балки I – Iи I' – I' в соответствии с рисунком Б.2 и вычисляют номинальное минимальное напряжение цикла σ_min, МПа, по формуле

σ_min = R ∙ σ_max . (Б.2)

Ориентировочные значения сил P_max и P_min , кН, вычисляют по формулам

, (Б.3)

, (Б.4)

где W_I–I – номинальный момент сопротивления поперечного сечения балки, см³ (W_I–I = 405 см³);

L_I – номинальное расстояние от точки приложения силы Р до границы лобового шва приварки накладки, мм (см. рисунок Б.1, L_I = 378 мм).

Окончательные значения сил P_max и P_min , фактически создающие заданные уровни напряженного состояния σ_max и σ_min в сечениях балки I – I и I' – I', определяют с помощью тензометрирования. Тензорезисторы 1 – 4 устанавливают по схеме, приведенной на рисунке Б.3, в сечениях балки II − II и II' – II'.

П р и м е ч а н и е – Тензорезисторы устанавливают на расстоянии 60 мм от границы лобового сварного шва приварки накладки (сечения балки I – I и I' – I') для исключения влияния на их показания концентратора напряжений на границе лобового шва.

Рисунок Б.3 – Схема установки тензорезисторов на типовом сварном образце

(вид на образец сверху)

Номинальные напряжения и в сечении балки II – II (II' – II') вычисляют по формулам:

(Б.5)

, (Б.6)

где σ_max и σ_min – номинальные максимальное и минимальное напряжения в сечении I – I(I' – I'), задаваемые для испытаний конкретного образца;

L_I и L_II – номинальные расстояния от точки приложения силы Р до сечений I – Iи II – II соответственно (L_I = 378 мм; L_II = 318 мм).

Б.7 Циклическое (вибрационное) нагружение каждого образца осуществляют установленными на стенде силами P_max и P_min, создающими заданный уровень напряженного состояния σ_max для конкретного образца, подтвержденный показаниями тензорезисторов.

Б.8 Перед началом испытаний каждого образца счетчик циклов обнуляют.

Циклическое нагружение каждого образца осуществляют до достижения базы испытаний, указанной в Б.5, или до момента возникновения усталостной трещины длиной от 5 до 10 мм на границе (см. рисунок Б.2) лобового (поперечного) шва приварки накладки.

Б.9 При возникновении усталостной трещины в ином, чем указано в Б.8, месте испытания данного образца прекращают, и результат испытаний данного образца из рассмотрения с целью определения значения σ_R исключают.

Б.10 Наличие усталостных трещин определяют методом «керосиновой пробы», который заключается в том, что на поверхность образца в зоне предполагаемого возникновения усталостной трещины при испытаниях наносят кисточкой смесь керосина с маслом в объемном соотношении 3 : 1. Наличие усталостной трещины характеризуется образованием воздушных пузырьков, наблюдаемых визуально при циклическом нагружении типового сварного образца.

Допускается применение других методов, обеспечивающих обнаружение усталостной трещины длиной от 5 до 10 мм.

Б.11. Результаты испытаний каждого образца заносят в журнал испытаний.

Б.12 Пределом выносливости типового сварного образца σ_R считают значение σ_max , при котором не менее двух образцов не имеют усталостных трещин в зонах, указанных в Б.8, после достижения базы испытаний, указанной в Б.5. При этом из рассмотрения исключают образцы в соответствии с Б.9.