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-

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.