Введение
1. Современное состояние вопроса. Постановка задач исследования 9
1.1. Развитие методов проектирования и расчёта усиления конструкций. Способ увеличения сечения 9
1.2. Краткий анализ работ, посвященных исследованию сварочных напряжений и деформаций 13
1.3. Основы расчёта тонкостенных стержневых элементов на устойчивость при упругой стадии работы материала 26
1.4. Краткий обзор исследований, посвященных расчёту тонкостенных стержней по пространственно-деформированной схеме за пределом упругости 28
1.5. Цели и задачи работы 31
2. Основы теоретического определения сварочных напряжений и деформаций в сечении элемента 33
2.1. Предварительные замечания 33
2.2. Основные физические и механические явления, влияющие на образование деформаций и напряжений при сварке 37
2.2.1. Дилатометрический эффект и структурные превращения 37
2.2.2. Фазовые превращения 38
2.2.3. Упрочнение металла околошовной зоны 39
2.2.4. Усадочная сила (продольная и поперечная усадка) 40
2.3. Теоретическое определение температурных полей от воздействия сварочной дуги 41
2.4. Анализ температурных полей 48
2.5. Методика учёта сварочных напряжений и деформаций. Метод Н.О.Окерблома 53
3. Напряжённо-деформированные и предельные состояния в сечениях стержневых элементов открытого профиля 58
3.1. Принятые гипотезы и допущения 58
3.2. Методика определения напряжений и деформаций в сечении усиливаемого при помощи сварки элемента. Алгоритм «Сечение» 63
3.3. Численное исследование влияния сварочных напряжений на прочность усиленного сечения 73
3.3.1. Влияние термического эффекта от действия сварки на характер распределения напряжений и деформаций 76
3.3.2. Влияние временных и остаточных сварочных напряжений на прочность 83
4. Пространственные деформации и устойчивость усиливаемых под нагрузкой при помощи сварки стержневых элементов открытого профиля 89
4.1. Принятые гипотезы и допущения. Уравнения равновесия упругого тонкостенного стержня 89
4.2. Учёт смещения центра тяжести и центра изгиба при усилении 91
4.2.1. Использование фиктивных элементов 91
4.2.2. Замена элемента усиления эквивалентной продольной силой 92
4.3. Метод решения системы деформационных уравнений 93
4.3.1. Предварительные замечания 93
4.3.2. Алгоритм «Стержень» 94
4.4. Алгоритм решения. Метод учёта сварочных напряжений и деформаций 97
4.5. Анализ некоторых результатов численного исследования устойчивости 105
4.5.1. Влияние взаимного расположения элемента усиления и точки приложения внешней силы на устойчивость усиленных стержней 106
4.5.2. Влияние величины эксцентриситета на устойчивость усиленных стержней 111
4.5.3. Влияние способа усиления на пространственное деформирование усиливаемых стержней 117
4.5.4. Сравнение результатов расчётов по пространственно-деформированной и плоской схемам 124
4.5.5. Сравнение результатов расчётов по алгоритму «Стержень» и методу конечных элементов 126
4.6. Инженерная методика расчёта усиленных стержней на пространственную устойчивость 129
5. Экспериментальные исследования пространственных деформаций и устойчивости при усилении двутавровых стержней под нагрузкой с применением сварки 134
5.1. Цель и задачи исследования 134
5.2. Опытные образцы 135
5.3. Конструирование соединений элементов 137
5.4. Механические характеристики стали 139
5.5. Испытательная установка 142
5.6. Измерительные приборы и оборудование 145
5.7. Методика проведения эксперимента 148
5.8. Анализ и сопоставление результатов эксперимента с теоретическими исследованиями 150
5.9. Натурные исследования сварочных температурных полей с помощью метода тепловидения 161
Основные выводы 165
Список литературы 167
Приложение 185
