Напряжения в сварных соединениях и конструкциях от рабочих нагрузок, страница 2

В   случае   эллиптического   отверстия   (рис. 1.1,б)   коэффициент концентрации напряжений в пределах упругих деформаций

α_σ=1 + 2b/с.(1.2)

При с → О α_σ→ ∞. Это решение является приближенным, так как при малых значениях с деформации, вызванные внешними силами, оказывают существенное влияние на форму отверстия и последняя формула не выполняется, но оно дает правильную качественную картину.

	в) А – А Эпюра σ

 

Рис.  1.1     Концентрация      напряжений: а) - полоса с круглым отверстием; б) - полоса с эллиптическим отверстием; в) - распределение σ в упругой стадии

Упругие решения дают очень большие коэффициенты концентрации напряжений. Например, можно показать, что α_σ ~ , а при ρ → 0 (трещина) α_σ → °о, как и по формуле (1.2). На практике, как будет показано в разделе 1.4, картина несколько смягчается за счет протекания пластических деформаций.

1.2.  Причины    концентрации    напряжений    в    сварных конструкциях

Концентрацию напряжений в сварных конструкциях вызывают три группы причин.

1. Нерациональные очертания швов и сварных соединений. На основании данных теории упругости и экспериментальных данных установлено, что очертание швов оказывает большое влияние на распределение в них напряжений от внешней нагрузки. Например, в месте перехода от основного металла к шву напряжения возрастают. Кроме того, в тавровых соединениях без полного проплавления образующийся конструктивный    непровар    может    являться    опасным    концентратором напряжений. Эти и другие случаи будут рассмотрены далее.

2. Нерациональное конструктивное   оформление.   На рис.  1.2 изображено нахлесточное сварное соединение. Точки А и В будут   являться   концентраторами напряжений.   Как   было   сказано ранее, коэффициент концентрации напряжений а_σ зависит от радиуса концентратора р. В точке В (рис. 1.2,6) этот радиус меньше, поэтому а_σбудет иметь большее значение чем в точке А (рис. 1.2,а).

3. Технологические дефекты шва - газовые пузыри, шлаковые включения и, особенно, трещины и непровары.  Возле  этих дефектов, при приложении нагрузок, силовые линии искривляются, в результате образуется концентрация напряжений. Особенно опасны трещины, имеющие радиус, стремящийся к нулю.

1.3.   Концентрация    напряжений    в    различных    типах сварных соединений

1.3.1.Стыковые соединения

В стыковых соединениях со снятым усилением и обработанными гладкими поверхностями швов, не имеющими внутренних дефектов - непроваров, трещин, пор, шлаковых включений, напряжения от продольной силы Р распределяются по поперечному сечению соединяемых элементов равномерно (концентрация напряжений отсутствует) и определяются по формуле

где / - длина шва, δ - толщина свариваемых пластин.

Когда   поверхность       имеет   форму,   показанную   на   рис.    1.3, а, распределение напряжений по сечению становится неравномерным. На рис 1.3, 6, показано распределение напряжений в стыковом соединении при 2v = 13 мм и Dδ= Змм (рис. 1.3, а). Зоны шва, сопряженные с основным металлом,

Рис. 1.3 Распределение напряжений в стыковом шве испытывают концентрацию напряжений. Средние напряжения на оси шва несколько меньше напряжения в основном металле вне соединения.

Теоретическим путем установлено, что концентрация напряжений в зоне стыкового шва может иметь три причины:

1. Концентрация напряжений, определяемая очертанием шва. Назовем этот коэффициент концентрации коэффициентом формы α_ф Он зависит от величины

Рис. 1.4 Зависимость η(m)

m = Uv;                                                                                   (1.4)