Главная > Разное > Резьбовые и фланцевые соединения
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

11.7. Релаксация напряжений в болте и соединяемых деталях в условиях повышенных температур

Явление релаксации заключается в понижении начальных напряжений затяжки вследствие непрерывной ползучести. Релаксацию напряжений учитывают начиная с температур для конструкционных сталей и для легких сплавов.

Скорость деформации ползучести (увеличение относительной деформации в единицу времени) по гипотезе течения для линейного напряженного состояния

где коэффициенты, зависящие от материала детали и температуры среды; для установившейся ползучести их значения приведены в работе [5].

Рассмотрим соединение с беспрокладочными фланцами. Уравнение совместности относительных деформаций для элементов затянутого соединения имеет вид

где соответственно осевые относительные деформации стержня болта (шпильки), в резьбе, головке болта и соединяемых деталей.

Отметим, что деформация головки болта, как правило, невелика. Наличие резьбы незначительно влияет на релаксацию напряжений в резьбовом соединении, поэтому значениями при расчетах можно пренебречь.

Предположим сначала, что соединяемые детали абсолютно жесткие В этом случае напряжение затяжки (с учетом нагрева) вызывает в болте относительную деформацию

которая не изменяется со временем ввиду постоянства размеров промежуточных деталей.

Сущность процесса релаксации напряжений состоит в том, что в болте при высокой температуре возрастает пластическая деформация (ползучесть) и напряжение затяжки в соединении при неизменной общей деформации уменьшается.

Таким образом, общая деформация болта складывается из упругой и пластической составляющих:

Из этой формулы следует, что упругие деформации в болте уменьшаются за счет увеличения пластических деформаций при ползучести. Однако пластическая деформация не превосходит начальной деформации от затяжки болта.

Приращение общей деформации

откуда соотношения для скоростей деформации

С учетом равенства (11.7)

Разделив переменные и проинтегрировав в пределах от нуля до найдем

При напряжение в болте

где время;

Рассмотрим случай, когда материалам стягиваемых деталей (фланцев) присущи упругость и ползучесть. Из условия (11.8) следует, что приращения деформации болта и деталей одинаковы:

Обозначив напряжения в болте и абсолютное значение напряжений сжатия в соединяемых деталях имеем

где коэффициенты соответствуют материалу болта, материалу фланцев.

С учетом равенства

приняв получим

где напряжение предварительной затяжки соединения при — безразмерное время:

Если промежуточная деталь характеризуется большой упругой податливостью , то т. е. напряжения в болте остаются постоянными. Аналогичный результат получается при большой упругой податливости болта

Очевидно, что упругая податливость системы уменьшает релаксацию напряжений.

На рис. 11.17 показаны кривые изменения усилий в болтах при релаксации напряжений [41]. Видно, что в первые минуты работы наблюдается интенсивное снижение Однако при очень высоких (для данного материала) температурах сила предварительной затяжки через работы соединения лишь в малой степени влияет на остаточную силу затяжки. При напряжениях затяжки а условный температурный

Рис. 11.17. Кривые изменения усилий в болтах при релаксации напряжений:

предел текучести) уже после испытания остаточные напряжения примерно одинаковые (см. рис. 11.17). Следует отметить, что падение напряжения предварительной затяжки не зависит от диаметра и длины гладкой части стержня шпильки или болта (при неизменных параметрах резьбы).

Если соединение повторно затянуто (подтянуто), то при одинаковой (с первым) продолжительности испытаний оно имеет большую остаточную силу (рис. 11.18). Так, после первой затяжки усилие уменьшилось на после первой подтяжки — на После второй подтяжки потеря затяжки также уменьшилась.

На практике часто стремятся обеспечить минимальное остаточное напряжение путем

Рис. 11.18. Зависимость остаточной силы затяжки при первом (1), втором (2) и третьем (3) нагружении при t = 350 °С (сплошные линии) и 400 °С (штриховые линии)

увеличении напряжения предварительной затяжки в раз:

Однако анализ результатов многочисленных исследований и опыт эксплуатации показывают, что подтяжка болтов по истечении 100 ... 150 ч работы соединения в условиях высоких температур оказывается также эффективным средством повышения остаточной силы затяжки.

Для повышения релаксационной стойкости соединений рекомендуется изготовлять болты (шпильки) и гайки из материалов о одинаковыми характеристиками ползучести.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление