Концентрация напряжений. - В сварных соединениях распределение напряжении неравно­ мерно — имеет место их

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

Рассмотрим распределение напряжений в пределах упругих де­формаций в полосе шириной а, ослабленной круглым небольшим 'отверстием диаметром d (рис. 2.46, а).

Нормальные напряжения в поперечном сечении А — А
(рис. 2.46, а) определяются формулой;

σ = (σ _а /2)[2+d2/4y2+(3/16)d4/y4] (2-78)

При у = dl2 σ — 3σ_Qt г. е. теоретический коэффициент концентрации а_а = о/о₀ = 3. При у = 2d σ≈1,04 σ₀.

В случае эллиптического отверстия (рис. 2.46, б) коэффициент концентрации напряжений в пределах упругих деформаций ■

α _σ=1+2b/с. (2.79)

При с->0 ασ_о-> ∞. Это решение не точно, так как при малых
значениях с деформации, вызванные внешними силами, Указывают
существенное влияние на форму отверстия и формула (2.79) не
выполняется..

Указанные местные напряжения в зоне концентрации не опасны для прочности в конструкциях из пластичных металлов при ста­тических нагрузках. Поясним это положение.

Диаграммы растяжения пластичного металла нередко схемати­зируются. Их приближенно заменяют двумя прямыми: наклонной, выражающей зависимость напряжения от деформации в упругой области, и горизонтальной. Горизонтальная прямая показывает, что при е > е_т деформация протекает пластически, без увеличе­ния нагрузки, приложенной к испытуемому элементу.

Вернемся к рассмотрению эпюры напряженной полосы, ослаб­ленной отверстием (рис. 2.46, в). Напряженное состояние в сечении А — А близко к одноосному. Допустим, что около отверстия

напряжение σдостигло значения σ _т. Это соответствует деформа­ции ε_т. При увеличении нагрузки деформации возросли, но напря­жения в зоне, где ε > ε _т, как это следует из схематизированной диаграммы растяжения, остаются равными σ _т. Эпюра станет изме­нять свою форму и выравниваться. Приближенно можно принять, Что она примет очертание, близкое к прямоугольному (рис. 2.46, г), что и было положено в основу расчета прочности по элементарным формулам.

Сглаживание эпюры напряжений в пластической стадии, рас­смотренное на конкретном примере, является закономерным про­цессом, имеющим место во многих элементах конструкций из пла­стичных сталей (низкоуглеродистых и низколегированных) при одноосных напряженных состояниях (а иногда и многоосных). Однако концентрация напряжений существенно снижает прочность при переменных нагрузках, а в случае ограниченной пластично­сти металла—и при статических нагрузках.

Концентрацию напряжений в сварных конструкциях вызывают следующие причины.

Технологические дефекты шва — газовые пузыри, шлаковые включения и особенно трещины и непровары. Возле этих дефектов при нагружении силовые линии искривляются, в результате чего образуется концентрация напряжений. Коэффициенты концентра­ции напряжений около указанных дефектов значительны,' но при их небольшом числе и размерах прочность сварных соединений остается удовлетворительной. В плотных однородных стыковых швах концентрация напряжений может быть сведена до минимума.

Нерациональные очертания швов. На основании данных теории упругости установлено, что очертание швов оказывает большое влияние на распределение в них внутренних сил. На металличе­ских моделях и на моделях из прозрачного материала эти данные экспериментально подтверждены.

Нерациональные конструкции соединений (примеры нерацио­нальной конструкции соединений рассмотрены в следующих пара­графах этой главы).

Дата добавления: 2015-07-08