Напряжения в сварных соединениях и конструкциях от рабочих нагрузок, страница 5

σ_x=2,3τ_cpchVy/shVa,(1.18)

где а - половина ширины накладки; V = 2,3/l; l - половина длины накладки; τ_ср- среднее касательное напряжение во фланговых швах; τ_ср=σ_ср аδ/(βKl) - среднее напряжение в накладке; δ - толщина накладки; σ_ср - среднее напряжение в соединяемых элементах; l - длина шва. Максимальное напряжение

                                                              σ_max=2,3τ_cpcth(2,3a/l).(1.19)

Рис. 1.10. Распределение напряжений σ_x в широкой накладке соединения с короткими фланговыми швами

Эпюра σ_х имеет вид, изображенный на рис. 1.10, и выражается законом гиперболического косинуса, т.е. цепной линией.

При катете равном толщине накладки, коэффициент концентрации напряжений для этого соединения

α_σ=3,3acth(2,3a/l)/l.                                                      (1.20)

При различных отношениях   а/l   коэффициент концентрации   а_σ принимает следующие значения:

all aσ

0,1 1,45

0,5 2,01

1,0 3,37

2,0 6,61

При значительном увеличении ширины листа по сравнению с длиной фланговых швов коэффициент концентрации нормальных напряжений в листе возрастает. Таким образом, в соединениях с фланговыми швами всегда возникает концентрация напряжений. В соединениях с длинными фланговыми швами концентрация образуется в металле шва по его концам (концентрация касательных напряжений г_х), а в соединениях с короткими фланговыми швами концентрация возникает в основном металле на участке между швами (концентрация нормальных напряжений сг_х). В соединениях, применяемых в сварных конструкциях, образуются обе разновидности концентраций в более или менее резко выраженной форме.

1.3.4.Соединения с накладками

Распределение напряжений в соединениях с накладками неравномерно. В случаях, когда стыковые швы перекрыты односторонними накладками, образуется эксцентриситет и появляется изгибающий момент.

Напряжения не только не уменьшаются по сравнению со стыковым швом без накладки. но даже заметно возрастают. В соединениях, не имеющих стыковых швов, накладки так же вызывают значительную концентрацию напряжений.

На рис. 1.11,а показаны результаты экспериментального распределения напряжений в различных поперечных сечениях соединений с односторонними накладками, когда накладки приварены к полосам только фланговыми швами. В точках, близко расположенных к фланговым швам, образуется концентрация напряжений; точки, удаленные от швов и лежащие возле оси элемента, напряжены весьма слабо.

Неравномерность распределения напряжений по поперечному сечению накладок значительно уменьшаются при добавлении к фланговым швам лобовых. Это можно видеть на рис. 1.11, 6, где показано распределение напряжений в таком соединении в разных сечениях.

1.3.5.Тавровые соединения

Тавровые соединения могут выполняться с полным проплавлением (рис. 1.12,а) и без полного проплавления (с конструктивным непроваром) (рис. 1.12,6). В первом случае концентрация напряжений невелика, из-за формы шва и близка к концентрации напряжений в стыковых сварных соединениях. Во втором случае, из-за наличия непровара максимальные напряжения возле его концов весьма значительны. Коэффициент концентрации напряжений a_a может составлять значение от 2 и более.

1.3.6,    Точечные соединения, выполненные контактной точечной сваркой

В точечных соединениях возникает концентрация напряжений, обусловленная рядом факторов.