Сварные конструкции. Расчет и проектирование
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ. УСЛОЖНЕНИЕ СХЕМЫ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ВБЛИЗИ КОНЦЕНТРАТОРОВ
В сварных соединениях распределение напряжений неравномерно. Имеет место их концентрация, т. е. образование значительных напряжений на участках малой протяженности.
Рассмотрим предварительно распределение напряжений в пределах упругих деформаций на полосе шириной а, ослабленной круглым небольшим отверстием диаметром d (рис. 4.1, а).
Нормальные напряжения в поперечном сечении А—А определяются формулой
°' = “Н2 + ^+ w]* (4,|)
При y=Y' т - е - теоретический коэффициент
о»
концентрации Ку= — — 3. При y=2d, ст'=1,04<х, т. е. приближается к единице. В случае эллиптического отвер-
|
Рис. 4.1. Концентрация напряжений: а — в полосе с круглым отверстием; 6-й полосе с эллиптическим отверстием: в — распределение о в упругой стадии; г — распределение о в пластической стадии нагружении |
стня (рис. 4.1, б) теоретический коэффициент концентрации напряжений в пределах упругих деформаций
#»=*! + —•• (4.2)
При с -*■ 0, Kt -*■ сл. Это решение не точно, так как при малых значениях деформаций, вызванные внешними силами, оказывают существенное влияние на форму отверстия и формула (4.2) ие 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 прямими: наклонной, выражающей зависимость напряжения от деформации в упругой области, и горизонтальной. Горизонтальная прямая показывает, что при е -> ет деформация протекает пластически, без увеличения нагрузки, приложенной к испытуемому элементу.
Вернемся, к рассмотрению эпюры напряженной полосы, ослабленной отверстием (рис. 4.1, в). Напряженное состояние в сечении /4—А близко к одноосному. Допустим, что около отверстия напряжение достигло значения ат. Это соответствует деформации ет. При увеличении нагрузки деформации возросли, но напряжения в зоне, где e>fiT (рис. 4.1, г), как это следует нз схематизированной диаграммы растяжения, остаются равными ат. Эпюра станет изменять свою форму и выравниваться. Приближенно можно принять, что она примет очертание, близкое к прямоугольному (рнс. 4.1, д), 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 (низкоуглеродн - стые и низколегированные) при одноосных напряженных состояниях (а иногда и многоосных). Однако концентрация напряжений существенно снижает прочность при переменных нагрузках; в случае ограниченной пластичности металла и при статических нагрузках.
