РАСЧЕТ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ С УЧЕТОМ КОНЦЕНТРАЦИИ НАПРЯЖЕНИЙ

ХАРАКТЕРИСТИКА РАСЧЕТНОЙ СХЕМЫ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ

Применяемые в обычной практике расчеты прочности, основан­ные на методах сопротивления материалов, не учитывают особен­ностей условий распределения напряжений в местах изменения формы элементов конструкций, а также в районах приложения внешних нагрузок и поэтому они не могут быть использованы для решения задач по определению концентрации напряжений.

Теория упругости, будучи свободна от многих допущений, принимаемых для упрощения в сопротивлении материалов, поз­воляет решать вопросы, выходящие за пределы ограничений, связанных с этими допущениями.

Теория упругости, будучи более общей теорией, в то же время является более сложной и поэтому применение ее во многих слу­чаях сильно затруднено.

Многообразие конструктивных форм сварных соединений и сложность их контура создают во многих случаях большие труд­ности при расчетах по методам теории упругости, особенно когда задача ставится в ее общем и строгом виде. Однако для практи­ческих целей можно ограничиться определением напряжений лишь в отдельных, наиболее опасных сечениях и, отказавшись от общей постановки задачи, удовлетвориться только некоторыми частными ее решениями.

Упрощение задачи в ряде случаев достигается также приме­нением метода сечений, что позволяет расчленить сложное свар­ное соединение на ряд простых элементов, для которых уже имеются готовые решения.

Кроме того, иногда для дальнейших упрощений могут быть дополнительно введены некоторые допущения, которые целесо­образны в тех случаях, когда при составлении расчетной схемы оказывается возможным от объемной (трехмерной) задачи перейти к плоской (к двухмерной).

Для некоторых несложных сварных соединений подобные упрощения, как это показывает опыт, не вносят большой погреш - 62

ности в расчет и поэтому их можно считать вполне приемлемыми. Однако для соединений и узлов достаточно сложной формы иногда приходится принимать вынужденные упрощения, которые не всегда полно соответствуют условиям их работы и могут привести к зна­чительной погрешности. Такие решения следует рассматривать лишь в качестве первых приближений, требующих последующего уточнения. В ряде случаев эти приближенные решения, позволя­ющие произвести качественную оценку, являются полезными, особенно при проведении экспериментальных исследований.

По методике расчета сварных швов имеется достаточно много материалов [5; 21; 22; 23].

На основе анализа экспериментальных данных, а также ре­зультатов расчетно-теоретических работ, применяемых при опре­делении напряжений в различных сечениях сварных швов, можно составить схему для расчета сварных соединений с учетом концен­трации напряжений.

Результаты исследования сварных соединений и узлов сви­детельствует о том, что для их прочности наиболее важным местом является сечение по основному металлу, расположенное на гра­нице у сварного шва или узла.

Исследования напряженного состояния сварных соединений так­же показывают, что наиболее значительная концентрация напря­жений в них создается, главным образом, у выступающих частей.

В районе увеличения сечений выступающие части ограничи­вают деформации основных элементов соединения, и в связи с этим изменяют условия распределения силового потока. Огра­ничивающее действие выступов можно оценить эквивалентным действием сил, приложенных к поверхности основных элементов.

Расчетную схему сварного соединения можно представить в виде основного элемента постоянного поперечного сечения, не имеющего изменений формы, который, кроме внешней нагрузки, нагружен еще некоторыми силами, приложенными в местах отде­ления выступающих частей.

Сложность конфигурации выступающих частей в сварных соединениях и их разнообразие создают исключительно большие препятствия для применения расчетов по методам теории упру­гости. При этом трудности удовлетворения граничных условий оказываются настолько большими, что, например, по мнению профессора П. Ф. Папковича, это «привело бы к выкладкам весьма мешкотным, если только вообще выполнимым» [28].

В таких условиях необходимы приближенные методы, одним из которых является предлагаемая здесь схема. Преимущество этой схемы в том, что расчет сложного по форме соединения сво­дится к расчету элемента с постоянным поперечным сечением.

Это является значительным упрощением, так как для подоб­ных случаев в теории упругости имеются решения, которые могут быть здесь использованы.

По этой схеме в сечениях, мысленно отделяющих выступаю­щие части, должны быть приложены нагрузки в виде тех напря­жений, которые действуют в этих сечениях. Эти нагрузки можно определить по деформации выступающих частей. Для ряда слу­чаев они уже известны по результатам вышеуказанных экспери­ментальных и расчетно-теоретических исследований напряженного состояния сварных соединений. В общем виде эквивалентные нагрузки могут определяться по методике, применяемой при рас­чете прерывистых связей и составных стержней [29; 36].