Напряжения в сварных соединениях и конструкциях от рабочих нагрузок, страница 7

Из рассмотренного примера видно, что при переходе от упругого состояния к пластическому, коэффициент концентрации напряжений уменьшается. Сглаживание эпюры напряжений в пластической стадии, рассмотренное на конкретном примере, является закономерным процессом, имеющем место во многих элементах конструкций из пластичных сталей (низкоуглеродистых и низколегированных) при одноосных напряженных состояниях (а иногда и многоосных), при статической нагрузке. Все это и было положено в основу расчета прочности по элементарным формулам, без учета концентрации напряжений.

Таким образом, считается, что в данных условиях концентрация напряжений не оказывает существенного влияния на работу конструкций.

1.4.2. В условиях охрупчивания и динамических нагрузок

Концентрация   напряжений   существенно   снижает   прочность   при переменных  нагрузках,  а,  иногда,  в  случае  ограниченной  пластичности металла - и при статических нагрузках.

Кроме ограниченной пластичности             материалов к охрупчивающим факторам также относят понижение температуры, ударное приложение нагрузки, коррозионные среды и радиационное облучение.

Рассмотрим объем материала, находящегося в зоне концентратора напряжений (рис. 1.16). Несмотря на то, что образец в целом находится под воздействием одноосного напряжения, материал в зоне I испытывает трехосное растяжение. Как известно из теории пластичности, для того чтобы начались пластические деформации должно выполняться условие пластичности, которое имеет следующий вид:

                                                                                                                                                                               (1.23)

где интенсивность напряжений  для главных напряжений, определяется по формуле:

Рассмотрим случай σ₁ = σ₂ = σ₃ > 0. Из (1.24) видно, что как бы не возрастали отдельные компоненты напряжений, условие (1.23) никогда не реализуется, т.е. пластическая деформация не наступит. Таким образом, концентратор напряжений сам является охрупчивающим фактором.

Опыт эксплуатации большого числа сварных конструкций показал, что концентрация напряжений значительно снижает прочность при наличии одного или нескольких одновременно действующих охрупчивающих факторов. Это особенно проявляется при переменных нагрузках, когда зачастую концентраторы напряжений служат источником хрупких разрушений. В этих условиях концентрация напряжений очень опасна и с ней приходится бороться.

1.5.Методы уменьшения концентрации напряжений в сварных соединениях и конструкциях

Суть методов уменьшения концентрации напряжений, сводится к устранению причин, которые вызывают эту концентрацию. Например, для стыкового соединения (рис. 1.3) несложно заметить, что причиной высокого значения коэффициента концентрации напряжений является усиление сварного шва. Поэтому в ответственных конструкциях усиление необходимо снимать, либо обеспечивать плавные переходы от основного металла к наплавленному.

Тавровые соединения выполняются как с полным проплавлением, так и без полного проплавления. В том случае, если сварное соединение выполнено без полного проплавления (рис. 1.12, 6), расстояние между сварными швами представляет собой концентратор напряжений. Поэтому для уменьшения коэффициента концентрации напряжений α_σ в ответственных конструкциях тавровые соединения стараются выполнять с полным проплавлением.

Как видно из схемы на рис. 1.15, а, в зоне пластических деформаций при увеличении нагрузки напряжения остаются равными пределу текучести. В связи с этим, для уменьшения коэффициента концентрации напряжений применяют предварительное статическое нагружение сварной конструкции до напряжений   ,  что  способствует уменьшению коэффициента концентрации напряжений.