|
| |
|
Слаботочка Книги напряжение а достигло значения ст. Это соответствует деформации е. При увеличении нагрузки Деформации возросли, но напряжения в зоне, где е > е, как это следует из схематизированной диаграммы растяжения, остаются равными а. Эпюра станет изменять свою форму и выравниваться. Приближенно можно принять, что онапримет 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). § 13. Распределение напряжений в стыковых швах В стыковых соединениях с обработанными гладкими поверхностями швов, не имеющих внутренних дефектов - непроваров, трещин, пор, шлаковых включений, напряжения от продольной силы распределяются по поперечному сечению соединяемых элементов равномерно н определяются по формуле a = P/{ls). (2.80) Когда поверхность имеет форму, показанную на рис. 2.47, а, распределение напряжений по сечению становится неравномерным. На рис. 2.47, б показано распределение напряжений в стыковом С01ей1нении при2и= 13мми А5 = 3мм(рис. 2.47, а). Зоны шва, сопрягаемые с основным металлом, испытывают концентрацию напряже- нйй. средние напряжения на оси шва несколько меньше напряжения в основном металле вне соединения. Теоретическим путем установлено, что концентрация напряжений в зоне стыкового шва может иметь три причины: 1. Концентрация напряжений, определяемая очертанием шва. Назовем этот коэффициент концентрации коэффнциентбм формы аф. Он зависит от величины m = Uvv (2.81) и==УЩ+ЩЩТ], (2.82) где S -• толщина соединяемых элементов; As-утолщение в зоне шва; v-полуширина шва (рис. 2.47, а). Когда m ! 3, коэффициент формы шва аф = /(/Р)г1, (2.83) где вид функции f (v/р) приведен на рис. 2.48; р - радиус закругления в зоне сопряжения шва с основным металлом (он Определяется непосредственным измерением); ц является функцией т (рис. 2.49). При m > 3 т) л« 1 (рис. 2.49) и коэффициент формы  Рис. 2.47. Распределение напряжений в стыковом шве где v* = 3/и. аф = /(У*/р), (2.84)  О 20 to ВО 80 100 120 1Ы ISO 180 2вО 220 20 260 280 ujp Рис. 2.48. Функция f {vl р) Пример. Стыковое соединение листов s = 30 мм. Шов имеет As = 3 мм. Ширина шва 2v = 30 мм. По данным замеров, р = 0,3 мм. По формуле (2.82) определяем U = 0,35 mm""1. По формуле (2.81), т = 5,2. Коэффициент ц при этом равен 1,0. Тогда у* = 3/t/ = 8,5 мм. Отношение wp = = 8,5/0,3 = 28. / (vIp) = 2 (см. рис. 2.48). Таким образом, по формуле (2.i33), аф== 2. 2. Концентрация напряжений в стыкуемых элементах вследствие смещения кромок соединяемых деталей (рис. 2.50, а). Обозначим этот коэффициент концентрации ас„. Он равен «см = 1 + Зе, (2.85) где е = A/s, А-размер смещения кромок; s-толщина свариваемых элементов. 3. Концентрация напряжений в результате местного изгиба, вызываемого остаточной деформацией при сварке, определяемой величинами Сиу (рис. 2.50, б). Коэффициенты концентрации характеризуют распределение напряжений лишь при работе соединения в пределах упругих деформаций. В тех случаях, когда результирующая деформация брез превышает е,., рост напряжений в соединении прекращается и происходит их выравнивание. Концентрация же деформаций продолжает увеличиваться до момента разрушения.  Рис. 2.49. Зависимость г (т)  Рис. 2.50. Депланация (а) и изгиб стыкового шва (б) Концентрация напряжений, возникающих в зоне пор, имеет пространственный характер. Как показывают теоретические расчеты, коэффициенты концентрации напряжений возле сферических пор в 1,5 раза меньше концентрации в зоне цилиндрических отверстий того же радиуса и положения относительно поверхности. Стыковые швы при всех видах сварки - дуговой, контактной, электроннолучевой - являются оптимальными с точки зрения концентрации напряжений. При доброкачественном технологическом процессе, отсутствии пор, непроваров, включений, смещения кромок, при доведении до минимума остаточных местных сварочных деформаций и, наконец, что особенно важно, при рациональном очертании швов, их плавных сопряжениях с основным металлом результирующий коэффициент концентрации напряжений может быгь сведен до значений, близких к единице. В других типах соединений такой результат получить практически невозможно. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 [22] 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 |