Распределение напряжений в соединениях с фланговыми

Швами.

Рис.

В соединениях с фланговыми швами имеет место значительная концентрация напряжений, как в швах, так и в основном металле между швами.

Рассмотрим нахлесточное соединение с двумя фланговыми швами. При растяжении под действием силы Р элементы из основного металла удлиняются и во фланговых швах образуются сдвиговые деформации.

Наибольшие деформации наблюдаются в крайних точках шва, наименьшие в средних. В соединениях, у которых площади поперечных сечений соединяемых деталей равны (F ₁= F ₂= F), напряжения по длине шва определяются по формуле

,

; G - модуль сдвига, Е - модуль упругости. Максимальное значение t_x принимает в точках x =0, x = l

, где

Для стальных сварных соединений Е =2.1_*10⁵ MПа, G =8_*10⁴ МПа, b=0.7, [t’]=0.6[s]_р, учитывая, что 2^.[t`]bkl=[s]_р^.F - условие равнопрочности соединения, а величина , то теоретический коэффициент концентрации напряжений, где ,.

Рис.

При неравных площадях соединяемых элементов, большая концентрация напряжений будет со стороны элемента с меньшей площадью F ₁< F ₂

Рис.2

Распределение напряжений по рис.2 описывается формулой:

граничные значения напряжений определяются по формулам:

;

,

t_max=t₁.

Теоретический коэффициент концентрации напряжений при тех же условиях:

,

где m=А₁/A₂.

Рис.3

Рассмотрим сварное соединение на рис. 3, с накладками и предположим, что напряжение вдоль сварных швов одинаковы, т.е швы небольшой длины. Ширину накладок 2 а считаем значительной и рассмотрим концентрацию напряжений в элементах конструкций, определяемую фланговыми швами.

В листе накладки и основного металла силовой поток сгущается в зоне фланговых швов, а средняя часть напряжена меньше. Напряжение вдоль оси y на расстоянии y от оси накладки

s - толщина накладки; ; v =2,3 l.

.

При k=s,

Таблица. Зависимость коэффициента концентрации от размеров накладки

a/l	0,1	0,5	1,0	2,0
a	6,61	2,01	3,37	6,61

Таким образом, в сварном соединении с фланговыми швами всегда возникает концентрация напряжений в резко выраженной форме. В соединении с длинными швами, при небольшом расстоянии между ними, концентрация образуется в концах фланговых швов (т.е концентрация касательных напряжений t_x). В соединении с короткими фланговыми швами, при небольшом расстоянии между ними концентрация возникает в основном металле на участке между швами (т.е. концентрация нормальных напряжений s_х).

Высокая концентрация напряжений возникает в местах резкого обрыва отдельных элементов соединения. Подобные условия работы характерны для крестообразных соединений.

Рис.

Наиболее напряженным участком является средняя часть соединения между свариваемыми пластинами. Величина коэффициента концентрации возрастает с уменьшением размера а, вследствие взаимного наложения полей напряжений в концах швов. Зависимость a от а приведена на рисунке.

Рис.

4. 6. Распределение напряжений в к омбинированных соединениях.

В результате экспериментальных исследований установлено, что в комбинированных соединениях с лобовыми и фланговыми швами концентрация напряжений заметно снижается. Если соединение с накладками выполнено только фланговыми швами, напряжение распределяется сильно неравномерно, как на рис.4.

Рис.4. Распределение напряжений в соединении с фланговыми швами.

Неравномерность напряжений по поперечному сечению накладок сильно уменьшается при добавлении к фланговым швам лобовых, как показано на рис.5.

Рис.5. Распределение напряжений в комбинированном соединении

Дата добавления: 2015-07-08