При проектирование сварной конструкции мягкой тары из полимерных пленочных материалов встречаются два принципиальных решения:
1) прочность сварного соединения не ниже прочности основных материалов;
2) прочность сварного соединения ниже прочности свариваемых элементов, поэтому несущую способность конструкции мягкой тары определяет сварное соединение.
Расчет сварных соединений на прочность выполняют с учетом только рабочих напряжений в швах. Напряжения, возникающие вследствие совместных деформаций основного материала или шва, а также остаточные напряжения в расчете не учитывают, хотя при разработке технологии изготовления сварных конструкций мягкой тары влияние их следует иметь в виду.
Прочность сварных соединений полимерных пленок, полученных при использовании оптимальных методов и режимов сварки, определяется главным образом свойствами полимерного и характером распределения напряжений при работе соединения. Исследования напряжений в наиболее часто применяемых при производстве мягкой тары нахлесточных и Т-образных сварных соединениях показали следующее.
В нахлесточном соединении (рис.а) в сечении 1-1 по основному материалу при растяжении возникают равномерно распределенные напряжения σр. В сечении 11-11 по сварочному шву напряжения σш также распределены равномерно: σш2а = σ ш2б, но напряжения в шве меньше, чем напряжения в основном материале: σш < σр. В сечении 111-111 по околошовной зоне напряжения в точках 3а и 3б различаются между собой по велечине. Максимальное напряжение характерно для точки 3а в месте резкого изменения размера поперечного сечения при переходе от околошовной зоны к шву. Поэтому разрушение нахлесточных сварных соединений в основном происходит на околошовной зоне и начинается у точки 3а, а их прочноть всегда несколько уступает прочности основного материала.
В Т-образных сварных соединениях (рис б) в сечении 1-1 по основному материалу также возникают равномерно распределенные растягивающие напряжения σр. В сечении 11-11 по плоскости сварки напряжения распределены неравномерно. Максимальное напряжение, значительно превосходящее σр, наблюдается в точке 2а, расположенной в устье шва. Это место является концентратором напряжения типа надреза. Напряжение в точке 2б равно нулю. Напряжения в точках 3а и 3б сечения 111-111 меньше, чем в точке 2а, но больше, чем в точках 1а и 1б сечения 1-1. Поэтому разрушение Т-образных сварных соединений происходит преимущественно по линии устья шва.
Кк - коэф. концентрации напряжений
Эту величину определяют как отношение напряжения в различных точках сварного шва к напряжению в основном материале:
Кк= σш/ σр
Значительное влияние на прочность сварного соединения оказывает утонение свариваемого материала в зоне шва. Утонение материала в нахлесточных соединениях, работающих на сдвиг, значительно снижает прочность, поскольку нагрузку вопринимает сильно ослабленное сечение а-а. Кроме того, в месте перехода от утолщения 2 к тонкому шву создается лополниельная концентрация напряжений, что также приводит к ослаблению сварного соединения. Утонение в Т-образных соединениях, работающих на раздир, повышает прочность, так как нагрузку воспрнимает утолщенная часть соединения 2.
Для нахлесточных сварных соединений расчетную нагрузку Рэ определяют из соотношения
Рэ/ 0.7 < = {τсд}, где b и l – ширина и длина шва соответственно; {τсд}- допустимое напряжение сдвига.
{ τсд }= τсдКс/ n, где τсд- нормальное разрушающее напряжение сдвига для основного материала; Кс- относительная прочность сварного соединения; n – коэффициент запаса прочности.
Относительную прочность сварного соединения определяют как отношение разрушающего напряжения сварного шва τсд.ш к разрушающему напряжению основного материала:
Кс= τсд.ш / τсд
Коэффициент запаса прочности n зависит от вида прикладываемой к упаковке нагрузки, изменений рабочей температуры, агрессивности внешней и внутренней среды, климатических и других условий эксплуатации.
Максимальная деформация сварных соединений εсв не должна превышать допустимую деформацию εдоп:
Εсв < = εдоп = εгр/ nε, где εгр – граничная деформация, nε - КОЭФФИЦИЕНТ ЗАПАСА ДОПУСТИМОЙ ДЕФОРМАЦИИ.
БИЛЕТ №14