Типовой сварной шов

[torque 3]

Моё почтение и уважение всем трудягам и работягам.

 Возникло желание посчитать сварной шов., прикинь, что к чему. Взял 2 диска, сделал фаску и сварил их.

Затем провёл испытания на разрывной машине. 
 

Скрытый текст

 

 

После всех танцев с бубном и получения результатов. Было получены следующие данные: Разрушение сварного шва произошло при нагрузке 3.5 тонны. 

Характер разрушения сварного шва виден ниже на фото.

Скрытый текст

Далее встал вопрос корректного моделирования данной задачи в sw.

 Решил принять для моделирования следующую абстракцию:

 

Скрытый текст

Схема закрепления и приложения нагрузки растяжения - 2 шпильки м16. 

 материал сварного шва был задан с прочностью уменьшенной в 2 раза. 

Вопрос с знатокам: Всё ли я в расчете указал верно? Данный эксперимент служит для меня базой для дальнейших исследований сварных швов.

Если есть недочёты, ткните, пожалуйста.

Файл отчёта размещен на гугл диск. тык

[статист 608]

Здравствуйте! У Вас сварной шов с двух сторон симметрично сделан?

[torque 3]

2 минуты назад, статист сказал:

Здравствуйте! У Вас сварной шов с двух сторон симметрично сделан?

совершенно верно. Разрушился 1, но на втором так же имеется трещина. 

[MotorManiac 130]

Я конечно могу ошибаться, но по ГОСТ 30242-97 у вас - дефекты группы 4. Несплавление и непровар. Отсутствие соединения между металлом сварного шва и основным металлом или между отдельными валиками сварного шва.

[torque 3]

Только что, MotorManiac сказал:

Я конечно могу ошибаться, но по ГОСТ 30242-97 у вас - дефекты группы 4. Несплавление и непровар. Отсутствие соединения между металлом сварного шва и основным металлом или между отдельными валиками сварного шва.

За неимением возможности контролировать такие дефекты, хочется задаться какими-то параметрами при расчете, чтобы избежать разрушения конструкции. 

[статист 608]

Только что, torque сказал:

За неимением возможности контролировать такие дефекты, хочется задаться какими-то параметрами при расчете, чтобы избежать разрушения конструкции. 

Это достаточно сложно. Разрушение сварного шва в таком случае происходит прежде всего из-за концентраторов напряжений или трещин из-за непроваров. Нужно их будет каждый раз моделировать с большой точностью, чтобы учесть. Трещины вообще смоделировать сложно. Так что дешевле вам их контролировать =)

Вопрос еще, для каких целей вы это делаете?

[torque 3]

1 минуту назад, статист сказал:

Это достаточно сложно. Разрушение сварного шва в таком случае происходит прежде всего из-за концентраторов напряжений или трещин из-за непроваров. Нужно их будет каждый раз моделировать с большой точностью, чтобы учесть. Трещины вообще смоделировать сложно. Так что дешевле вам их контролировать =)

Если представить, что данная конструкция работает на растяжение при нагрузке 1 тонна. 

 То данный дефект допустим и моделирование позволит учесть как состояние моральное/физическое сварщика, так и его мастерство после майских праздников. 

 Визуального контроля в таком случае будет достаточно.

[статист 608]

3 минуты назад, torque сказал:

 Визуального контроля в таком случае будет достаточно.

если заложить определенный запас. Больший, чем при контроле дефектов.

[vasillevich68 699]

1 час назад, torque сказал:

Взял 2 диска, сделал фаску и сварил их.

Для  начала, надо определиться, что в Вашем понятии, значит "сварить"

Если, наложить шов на одну из двух деталей, то это не так, даже считать не надо, держать не будет.

А судя по фото, у Вас именно так сварены детали, на одной из свариваемых, даже по фото, без каких-либо приборов видно, что канавки от резца остались не тронутыми

 

так что там Вы испытываете

 

И ещё, было бы интересно узнать, в каком таком университете, Вас научили таким методом испытывать сварной шов?

Изменено 19 апреля 2021 пользователем vasillevich68

[Jesse 958]

1 час назад, torque сказал:

Вопрос с знатокам: Всё ли я в расчете указал верно

обычно если и включают сварной шов в КЭ модель, то чтобы просто вытащить силы (опция "Сила свободного тела"), и затем прикинуть аналитически. К примеру, площадь шва 100 ед., растягивающая сила получилась 10000, сдвигающая 5000. И получаете на бумажке раст-е напр-я  g=10000/100 = 100, т= 5000/100 = 50. И потом по формулке для эквивалентных напр-й ПНС sqrt (g^2+3т^2) =  sqrt (100^2+3*50^2)
Хотя судя по картинке из эксперимента у вас больше хрупкий отрыв, так что касательных напряжений особо быть не должно..

Верхнюю методику предпочитают больше потому, что шов - объект маленький по сравнению с целой моделью, и в углах будут возникать хочешь не хочешь сингулярности: для интереса, увеличьте плотность сетки в шве в 2 раза, потом ещё в 2 раза - напряжения будут увеличиваться без ограничения даже в теле шва. То есть непонятно какие напряжения вообще смотреть, потому что всё везде скачет и явно некорретно..
Это первый аспект. Второй аспект - это критерий разрущения. Вы выбрали Мизес - он больше для пластичных материалов. У вас же явно больше хрупкое разрушение, значит Мизес не подходит. Вообще говоря шов - это сложная анизотропная (в деформационнм плане) структура. То есть чтоб прям супер правильно смоделировать в МКЭ, это надо сделать кучу экспериментов (тянуть в разные стороны), выявить пределы текучести, и считать уже с пластикой по каокму-нибудь критерию Хилла (которого в Солиде , кстати, нет). Короче, хорошая исследовательская работа!

Ещё раз: чтоб утрированно оценить прочность шва, его моделируют в МКЭ в обычном линейном стат. анализе, но на напряжения не смотрят. Вытащили усилия, считаем напряжения ( с запасом как вы сделали. но не с таким большим, наверно)

 

Изменено 19 апреля 2021 пользователем Jesse

[vasillevich68 699]

24 минуты назад, статист сказал:

Вопрос еще, для каких целей вы это делаете?

Вот-вот!!! И на этот вопрос лучше тут, на форуме отвечать, пока не дошло до того, что его будет задавать прокурор.

[статист 608]

Почитайте наш СП Стальные конструкции https://meganorm.ru/Data2/1/4293745/4293745484.pdf

В частности там говорят, что следует исключать возможность хрупкого разрушения (п. 13). В частности:

 

Далее там пишут

 

 

возможно это Ваш случай. Но с таким качеством сварки говорить о чем-то сложно.

[torque 3]

16 минут назад, Jesse сказал:

Ещё раз: чтоб утрированно оценить прочность шва, его моделируют в МКЭ в обычном линейном стат. анализе, но на напряжения не смотрят. Вытащили усилия, считаем напряжения ( с запасом как вы сделали. но не с таким большим, наверно)

Спасибо, попробую таким образом. 

 

21 минуту назад, vasillevich68 сказал:

И ещё, было бы интересно узнать, в каком таком университете, Вас научили таким методом испытывать сварной шов?

Не учился в университете, к сожалению.

39 минут назад, статист сказал:

для каких целей вы это делаете?

Для понимания пределов прочности сварного соединения

[статист 608]

2 минуты назад, torque сказал:

Для понимания пределов прочности сварного соединения

Не, я имел ввиду область применения. 

[torque 3]

3 минуты назад, статист сказал:

Не, я имел ввиду область применения. 

общее машиностроение 

[Jesse 958]

1 час назад, статист сказал:

Разрушение сварного шва в таком случае происходит прежде всего из-за концентраторов напряжений или трещин из-за непроваров. Нужно их будет каждый раз моделировать с большой точностью, чтобы учесть. Трещины вообще смоделировать сложно. Так что дешевле вам их контролировать

помню давно статейка попадалсь, там и какие-то специальные КЭ использовались для моделирования шва. Прост статика, даже не механика разрушения.
Насколько понимаю, такие сложные моледирования сварки в супер ответственных промышленных или  авиакосмической отраслях нужны, где хочется сэкономить массу и нет возможности закладывать большие запасы. Хз насколько велика степень неопределённости в результатах таких расчётов... Короче, что-то из области фантастики.

[karachun 2 038]

11 минут назад, Jesse сказал:

специальные КЭ использовались для моделирования шва

Там либо обычные пружины либо солид-элемент, но там все равно из узлов вытягивают силы и прямо в постпроцессоре шов сразу и проверяют по аналитике.

@torque Короче. В шве могут возникать разные дефекты, которые сильно влияют на его несущую способность. Учесть их в МКЭ невозможно или нецелесообразно.

 

Из этого выходит что швы нужно считать по аналитике и выполнять согласно стандартам, чтобы дефектов не было.

 

Даже если сделать модель шва в МКЭ то для нее придется придумывать переводной коэффициент запаса, для того чтобы несущая способность шва соответствовала аналитическому решению.

МКЭ подходит для того чтобы извлекать усилия в отдельных сварных швах, для сложной модели.

[torque 3]

33 минуты назад, karachun сказал:

придется придумывать переводной коэффициент запаса

Это и есть цель исследования

[Jesse 958]

@karachun @статист а если считать оболочками вот такое простое тавровое соединение, то ориентировочно, по максимальному напряжению в стыке оболочек можно как-то сказать, что и в шве не должны разви'ться большие напряжения? Или без моделирования валика шва (мб и свариемых листов твёрдотелом!) никак? 

з.ы.: как-то тестил давно, небольшие напряги в стыке оболочек коррелировались с небольшими напрягами, получаемыми по вышеприведённой методике. Ну, лучше не рисковать и лишний раз важный шов проверить..)

[статист 608]

3 минуты назад, Jesse сказал:

@karachun @статист а если считать оболочками вот такое простое тавровое соединение, то ориентировочно, по максимальному напряжению в стыке оболочек можно как-то сказать, что и в шве не должны разви'ться большие напряжения? Или без моделирования валика шва (мб и свариемых листов твёрдотелом!) никак? 

з.ы.: как-то тестил давно, небольшие напряги в стыке оболочек коррелировались с небольшими напрягами, получаемыми по вышеприведённой методике. Ну, лучше не рисковать и лишний раз важный шов проверить..)

Нужно hot-spot ом стрелять. Или также силы вытаскивать и рассчитывать.