Напряжения в сварных соединениях и конструкциях от рабочих нагрузок

УДК 621.791.052 У 84

Рецензент:

, канд. техн. наук, доцент кафедры ОиТСП КГТУ

У 84 Напряжения в сварных соединениях и конструкциях от рабочих нагрузок: Метод, указания по лабораторным работам № 1-4 для студентов направлений подготовки дипломированных специалистов 651400 -«Машиностроительные технологии и оборудование» (спец. 120500, 120600) и 030000 - «Педагогические специальности» (спец. 030500.08) / Сост. Ю. Г. Уткин, Е. М. Харольский, А. И. Мельников. Красноярск-ИПЦ КГТУ, 2003. 36 с.

Печатается по решению Редакционно-издательского совета университета

© КГТУ, 2003

Печатается в авторской редакции

Гигиенический сертификат № 24.49.04.953.П.000338.05.01 от 25.05.2001 г. Подп. в печать 16.05.2003 . Формат 60x84/16. Бумага тип. № 1. Офсетная печать. Усл. печ. л. 2,0. Уч.-изд. л. 1,75. Тираж 100 экз.       Заказ £2?.         С 142

Отпечатано в ИПЦ КГТУ 660074, Красноярск, ул. Киренского, 28

Введение

Повышение работоспособности сварных конструкций, деталей машин и аппаратов во многом связано с умением правильно представлять реальную картину их напряженно-деформированного состояния и умением регулировать концентрацию напряжений, которая может существенно снижать надежность изделий.

Известно, что концентрация напряжений, как правило, не учитывается в расчетах на прочность и эти расчеты проводятся по средним (номинальным) напряжениям. Для того, чтобы учесть ее влияние, вводится ряд технологических и эксплуатационных рекомендаций. Следует знать основные законы распределения напряжений от рабочих нагрузок в конструкциях и уметь определять их экспериментальным или расчетным путем.

Одним из наиболее распространенных экспериментальных методов оценки напряженно-деформированного состояния в сварных конструкциях, деталях машин и узлах, является метод электротензометрирования. В данных методических указаниях, в большинстве лабораторных работ, используется этот метод. Лабораторные работы предназначены для выполнения в составе учебных дисциплин "Проектирование сварных конструкций" (специальности 120500, 03050008) и "Виды изнашивания и причины отказа оборудования (специальность 120600)", изучаемых студентами на кафедре "Оборудование и технология сварочного производства".

Лабораторная работа №1 посвящена изучению распределения напряжений в поперечных сечениях сварных соединений (стыковых и тавровых). Лабораторные работы №2 и №3 посвящены экспериментальному и расчетному определению напряжений в элементах сварной фермы, нагруженной усилиями в ее узлах, и в сварном сосуде, нагруженном внутренним давлением. В лабораторной работе №4 изучается устойчивость стоек с составным поперечным сечением.

Методические указания по лабораторным работам содержат краткие теоретические сведения, что позволяет студентам выполнять их независимо от прохождения лекционного курса. Несмотря на принадлежность лабораторных работ к различным учебным дисциплинам, все они соответствуют государственному образовательному стандарту по этим курсам и направлены на получение знаний в области изучения напряженно-деформированного состояния в сварных конструкциях, деталях машин и узлах. Выполнение лабораторных работ в предлагаемых методических указаниях должно способствовать закреплению теоретических знаний и практических навыков проведения экспериментов, обеспечивая углубленное изучение рассматриваемых проблем.

1.Теоретическая часть

1.1. Понятие и сущность концентрации напряжений

Одной из особенностей сварных конструкций, существенно влияющих на их работоспособность, является концентрация напряжений.

В сварных соединениях распределение напряжений неравномерно -имеет место их концентрация, т.е. образование значительных напряжений на участках малой протяженности.

На концентрацию напряжений влияют форма элемента, его линейные размеры, размеры и форма концентраторов напряжений и вид приложенной нагрузки (растяжение, изгиб, сдвиг и т. п.). Например, чем меньше радиус концентратора р, т. е. чем острее концентратор, тем выше концентрация напряжений.

Рассмотрим распределение напряжений в пределах упругих деформаций в полосе шириной а, ослабленной круглым небольшим отверстием диаметром d (рис. 1.1,а).

Нормальные напряжения в поперечном сечении А - А определяются формулой

s= (s_ср/2)[2 + d²/4y²+(3/16)d⁴/y⁴].              (1.1)

Для определения уровня концентрации напряжений вводят такое понятие как коэффициент концентрации напряжений α_σ (α_τ), т.е. отношение максимальных напряжений σ_max (τ_max) к средним σ_ср (τ_ср) в одном сечении: α_max = σ_max/σ_ср    (α_τ=τ_max/τ_ср ).

Для круглого отверстия при у = d/2, на его контуре, σ =3σ_ср, т.е. коэффициент концентрации напряжений а_σ=σ/σ_ср=3. При у = 2d  σ = 1,04σ_ср (рис. 1.1,в). Это означает, что эффект концентрации очень быстро затухает по мере удаления от концентратора.