РАСЧЕТ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ С УЧЕТОМ КОНЦЕНТРАЦИИ НАПРЯЖЕНИЙ
НАПРЯЖЕНИЯ в МЕСТАХ ПРИВАРКИ РЕБЕР ЖЕСТКОСТИ
Ребра жесткости относятся к вспомогательным элементам конструкции, однако в местах их прикрепления в форме поперечного сечения основных элементов неизбежно создаются весьма существенные изменения, которые могут привести к значительной концентрации напряжений. На рис. 17—20 приведены данные о распределении напряжений в местах приварки ребер жесткости [17].
Эти данные показывают, что конструктивное оформление узлов крепления ребер жесткости оказывает существенное влияние на условия распределения в них напряжений. Наиболее высокая концентрация напряжений наблюдается в районе корня шва в узле с парными ребрами и односторонними швами (рис. 18).
В узлах с односторонними швами концентрация напряжений в районе корня шва оказывается более высокой, чем в районе перехода от шва к поверхности листа. Распределение напряжений в узлах с одиночными ребрами при осевой нагрузке характеризуется тем, что точки перехода от шва к основному металлу оказываются расположенными в зоне несколько сниженных напряжений (рис. 19 и 20). Это объясняется тем, что при эксцентричном креплении ребра общее растяжение сопровождается местным изгибом, от которого в зоне швов возникает дополнительное сжимающее напряжение, в результате чего суммарные напряжения в этой зоне уменьшаются. Такое благоприятное действие дополнительных напряжений от местного изгиба проявляется и в соответствующем повышении предела выносливости для узлов с одиночными ребрами жесткости.
При этом необходимо отметить, что на внешней поверхности подкрепляемого листа, свободной от концентраторов, эксцен-
|
|
|
Рис. 17. Эпюры напряжений в модели узла крепления ребер жесткости (парные ребра, двусторонние швы) |
|
|
тричное крепление ребер жесткости приводит к повышению напряжений. Поэтому следует ожидать, что благоприятное влияние местного изгиба будет ограничиваться случаем, когда концентра-
|
ция напряжений у переходов ко шву является достаточно значительной и когда эти переходы являются слабыми местами соеди-
Рис. 18. Эпюры напряжений в модели узла крепления ребер жесткости (парные ребра, односторонние швы) |
нения. Если концентрация у швов будет снижена (например, обеспечением плавных переходов), то эти участки не будут слабыми местами соединения, и тогда местный изгиб, повышающий
напряжения на внешней поверхности подкрепляемого листа, будет производить отрицательное действие. Полученные данные показывают, что при использовании двусторонних швов напряженное
|
|
|
Рис. 19. Эпюры напряжений в модели узла крепления ребер жесткости (одиночное ребро, двусторонние швы) <Эср=1500кГ/см? |
|
О 100мм |
состояние является более благоприятным. При этом создается местное дополнительное усиление, которое, перекрывая наиболее опасные участки, расположенные у корня шва, разгружает их. 56
|
Рис. 20. Эпюры напряжений в модели узла крепления ребер жесткости (одиночное ребро, односторонний шов) |
і,)
Весьма высокая концентрация напряжений возникает в сварных конструкциях в местах резкого обрыва отдельных элементов. Подобные условия были созданы при испытании образца с крестовыми соединениями (рис. 21).
Такие типы соединений характерны для сопряжений пересекающихся плоских элементов, расположенных в различных плоскостях Примеры применения подобных соединений встречаются в реальных конструкциях.
|
Рис. 21. Распределение напряжений в крестовом образце: а — схема крестового образца; б — эпюра напряжений в срединном поперечном сечении при х = = 0; е — изменение коэффициента концентрации напряжений в срединном сечении в зависимости от расстояния между ребрами при у= 0 |
Условия работы среднего участка центральной пластины крестов: го образца являются весьма сложными. Этот участок характеризуется значительной концентрацией напряжений. Наибольшие напряжения имеют место в точках, расположенных у концов примыкающих ребер. Коэффициент концентрации напряжений зависит от расстояния между концами ребер (размер I, рис. 21). При большом расстоянии между ребрами поля концентрации напряжений, создаваемые по концам крепления ребер, не оказывают взаимного влияния. При сближении ребер происходит взаимное наложение полей концентрации напряжений и в связи с этим коэффициент концентрации напряжений возрастает.
Условия работы металла различных зон центральной пластины крестового образца неодинаковы. В зоне наибольшей концентрации предел текучести и предел прочности значительно повышаются. Испытания на разрыв показали, что деформации металла этих участков происходят упруго вплоть до полного разрушения образцов [14]. Пластические деформации сосредотачиваются на участках, удаленных от мест крепления концевых планок. Измерения напряжений в крестовых образцах показали, что концентрация напряжений создается в них не только из-за резкого изменения формы в сечении у концов прикрепляемых элементов, но и за счет особых условий передачи нагрузки, осуществляемой через концевые планки.
При малой длине продольных швов концентрированная передача усилий не может быть существенно снижена плавными переходами окончаний концевых планок.
В этом случае для снижения местных напряжений необходимо дополнительное местное увеличение площади поперечного сечения центральной пластины.
|
4Зона полного пробора |
|
Рис. 22. Форма плавных переходов в местах обрыва связей |
|
|
Экспериментальное исследование работы крестовых образцов показало, что средний участок центральной пластины при малом расстоянии между ребрами, находится в весьма сложном напряженном состоянии, которое приближается к объемному. Для снижения концентрации напряжений подобных соединений необходимо увеличивать расстояние между прикрепляемыми концевыми ребрами и обеспечивать более плавное изменение формы, например, путем постепенного уменьшения ширины концевых ребер и применения дополнительной механической обработки (рис. 22). При выполнении указанных рекомендаций подобные соединения могут применяться в сварных конструкциях, воспринимающих вибрационную нагрузку.
