Напряжения в сварных соединениях и конструкциях от рабочих нагрузок, страница 6

1. В результате сгущения силовых линий основной металл испытывает концентрацию напряжений в надточечной зоне (рис. 1.13, а). Интенсивность сгущения определяет концентрацию. Она растет с ростом отношения t/d, где t - расстояние между точками в направлении, перпендикулярном действию силы; d - диаметр точки. Расчетом установлено, что коэффициент концентрации напряжений a_σ около точки находится в пределах (0,62 t/d)< a_σ <(t/d) и может быть вычислен по приближенной формуле

                                                                a_σ=0,38 + 0,62(t/d)                                                                    (1.21)

Рис. 1.13 Распределение напряжений                         Рис. 1.14 Диаграмма распределения в точечных соединениях:                                           усилий    в   точечном   соединении а) - общий вид; б) - распределение о в поперечном сечении

На рис 1.13, 6 показана эпюра распределения σ в продольном сечении соединения. Максимального значения напряжение достигает в сечении 0-0.

Усилия в отдельных точках соединения, расположенных в продольном и поперечном рядах, при их работе в упругой области неодинаковы. Крайние точки оказываются нагруженными значительно сильнее, чем средние (рис. 1.14). С увеличением числа точек, как в продольном, так и в поперечном ряду такая диспропорция возрастает. За пределами текучести наступает выравнивание усилий.

2. В соединении возникает изгиб, который вызывает дополнительное напряжение изгиба σ_изг,   вычисляемое по формуле

                                            σ_изг= 3σ₀/(1+ d,                                                                 (1.21)

где σ₀ — напряжение в основном металле соединения; Е — модуль упругости. σ_изг/ σ₀ уменьшает свое значение с уменьшением толщины соединяемых деталей δ.

При учете указанных концентраторов максимальное расчетное напряжение в элементах, соединяемых точкой, для типовых соотношений размеров в зоне точки приближенно равно

                           σ_max = σ_изгα_σ                                                                             (1.22)                           

Все    приведенные    соотношения    выведены    в    предположении    работы соединения в пределах упругих деформаций.

1.4.Влияние концентрации напряжений на работу деталей и конструкций

В целом концентрация напряжений отрицательно влияет на работу сварных соединений и конструкций. Однако, степень влияния зависит от характера нагрузок и состояния материала.

1.4.1. При статических нагрузках и в условиях пластического состояния материала

Рассмотрим эпюру напряженной полосы, ослабленной концентратором (рис. 1.15,а). Напряженное состояние вблизи концентратора близко к одноосному. Допустим, что около отверстия напряжение а достигло

Рис. 1.15 Изменение концентрации   напряжений при переходе в пластическую стадию нагружения:

а) -   схема   нагружения   и   эпюры   напряжений;

б) -  схематизированная   диаграмма   материала значения предела текучести σ_T. Это соответствует деформации ε_T (рис. 1.15, 6). При увеличении нагрузки деформации возросли, но напряжения в зоне, где ε > ε_T , остаются равными ε_T, как это следует из схематизированной диаграммы растяжения. Эпюра станет изменять свою форму и выравниваться за счет подгрузки зон, удаленных от концентратора, что соответствует росту средних напряжений σ_ср. Приближенно можно принять,   что   она   примет   очертание,   близкое   к   прямоугольному,   т.е.

σ_max » σ_ср(α_σ→1)-   Кроме   выравнивания   напряжений   по   сечению происходит некоторое увеличение радиуса концентратора ρ.