Потенциальная опасность риска катастрофических разрушений и связанных с этим материальных и экологических последствий предопре­деляет настоятельную необходимость такого совершенствования расчета, чтобы неразрушимость основных узлов сварных конструкций обеспечи­валась еще на стадии проектирования.

В отличие от контрольных расчетов (см. §14.4, рис. 14.4.2), имею­щих целью проверить работоспособность узла готовой или уже эксплуа­тируемой сварной конструкции, проектные расчеты на неразрушимость должны обеспечить сопоставление различных конструктивно-технологи­ческих решений с позиций выбора наиболее работоспособного вариан­та. Оперативное выполнение подобных расчетов возможно только на основе широкого использования вычислительной техники и МКЭ, а также моделирования процесса деформирования с анализом изменений НДС вплоть до наступления характерных состояний разрушения.

Решение этой крайне сложной задачи существенно облегчается, во-первых, наличием методики и программного обеспечения моделиро­вания НДС в процессе деформирования, а во-вторых, достаточно обоснованной критериальной основой установления момента образо­вания макротрещины, то есть тем, что было изложено выше примени­тельно к однородному металлу.

Как было показано в §7.5 (см. рис.7.5.10), моделирование НДС металла в зоне вершины острого концентратора или трещины позволяет адекватно отразить процесс деформирования реального конструктивного элемента из однородного металла. Там же показано, что критерием образования макротрещины может служить достижение предельного Уровня пластической деформации є, д, зависящего от жесткости напряженного состояния j (см. рис.7.5.13). Анализ дальнейшего измене­ния НДС после образования макротрещины дает возможность судить ° направлении и темпе роста развивающейся трещины по мере возраста­ния нагрузки, то-есть о характере разрушения.

В отличие от однородного металла при моделировании разрушения сварного соединения или узла необходим учет тех специфических °собенностей, которые присущи изделиям, изготовленным с использо­ванием процесса сварки. Это неоднородность механических свойств, наличие остаточных напряжений и возможное присутствие несплош — ностей как технологического, так и эксплуатационного происхождения.

Схема постановки такого расчета представлена на рис. 14.5.1. При реализации этой схемы высокие требования должны предъявляться к подготовке исходных данных (поз. 2). Сведения о конструктивном оформлении узла и схеме его нагружения должны обеспечить построе­ние расчетной модели, а также конкретизировать расположение и конструктивное оформление сварных соединений (поз. 3). Для модели1-

Рис.14.5.1. Схема постановки расчета неразрушимости сварного соединения при проектировании

рования процесса совместного деформирования различных зон сварного соединения необходимо иметь деформационные характеристики с: = /(£,) металла этих зон при температурах эксплуатации путем испытания на растяжение гладких цилиндрических образцов, вырезан­ных из сварных соединений пластин, сваренных согласно проекти­руемой технологии (поз. 4).

Установление момента, когда процесс деформирования в той или иной зоне сварного соединения прерывается образованием макротре­щины, требует наличия зависимостей предельной пластичности е( от жесткости напряженного состояния j для каждой из характерных зон соединения. Эти зависимости необходимо определять экспериментально путем растяжения цилиндрических образцов с кольцевым надрезом различной остроты при температурах эксплуатации (поз. 5).

Подготовка исходных данных для учета наличия несплошностей при проектировании существенно сложнее, чем в случае постановки контрольного расчета конкретного изделия, для которого все необходи­мые данные можно получить, используя методы НРК. При проектиро­вании возможные размеры и расположение несплошностей, а также вероятные отклонения геометрических форм сварных соединений приходится задавать, исходя из тех предельных значений, которые считаются допустимыми в изделиях данного типа согласно действую­щим технологическим нормам (поз. 6).

Уровень и распределение остаточных напряжений целесообразно определять расчетным путем, исходя из параметров проектируемой технологии сварки, геометрии сварного узла, механических свойств металла и послесварочной обработки, если она предусматривается проектом (поз. 7).

Перечисленные выше исходные данные позволяют осуществить моделирование НДС проектируемого узла в процессе его деформиро­вания по мере увеличения нагрузки (поз. 8, рис. 14.5.1). В результате моделирования должны бьггь установлены зоны концентрации напряже­ний и деформаций, где прежде всего достигается е( пред = q>(/), что свидетельствует об образовании новой макротрещины (поз. 9). Считая расширение зоны, где достигнуто значение е( пред = ф(/), признаком роста трещины, можно оценить интенсивность ее роста по мере возрастания нагрузки и установить условия наступления предельного состояния при том или ином варианте исходных данных, соответствую­щих конкретному варианту конструктивно-технологического решения.

Если рассматриваемый узел подвергается переменным нагрузкам, то предельное состояние наступления нестабильности трещины, уста­новленное моделированием при монотонном нагружении, может рас­сматриваться как соответствующее переходу к скачкообразному продви­жению усталостной трещины при очередном нагружении.