20

4. Концентрация напряжений

Рис.

В сварных соединениях напряжения распределены неравномерно - имеет место их концентрация, т.е. образование значительных напряжений на участках малой протяженности. Рассмотрим распределение напряжений в пределах упругих деформаций в полосе ширинойа, ослабленной круглым отверстием диаметромdв центре пластины.

Из теории упругости следует формула, в сечение А - А:

_0-напряжение в центре пластины без отверстия;yрасстояние от центра отверстия до исследуемой точки. На краю отверстия, т.е. при y=d/2=3₀. Таким образом, теоретический коэффициент концентрации напряжений=/₀=3. При y=2d=1,04₀,=1,04.

Рис.

Теоретический коэффициент концентрации напряжений - это отношение величины напряжения в образце с концентратором напряжений к величине напряжений в гладком образце от одинаковой нагрузки.

В случае эллиптических отверстий

При с0,00.

Местные напряжения в зоне концентрации не опасны для конструкции из пластичных материалов. Однако концентрация существенно снижает прочность при переменных

Рис.

нагрузках, а для материалов с ограниченной пластичностью и для статических нагрузок. Для пластичных материалов при нагружении их статической нагрузкой происходит перераспределение напряжений в зонах высокой концентрации, вследствие чего ограниченные пластические деформации приводят к снижению общего уровня напряжений. В материалах с ограниченной пластичностью такого не происходит, и концентрация напряжений в локальных объемах приводит к возникновению трещин.

4.2. Причины появления концентраций напряжений в стыковых

сварных соединениях

1. Технологические дефекты - газовые пузыри, шлаковые включения, трещины и непровары. Возле этих дефектов силовые линии искривляются, и образуется концентрация напряжений. Коэффициент концентрации возле этих дефектов значителен, но при небольшом числе и малых размерах дефектов прочность сварного соединения остается удовлетворительной.

Рис.

2. Нерациональные очертания швов. В стыковых соединениях с обработанными гладкими поверхностями не имеющими внутренних дефектов, напряжение распределяется равномерно по поперечному сечению.

Рис.

Когда поверхность шва не обработана и имеет выпуклую форму, распределение напряжений по сечению шва принимает сложную форму.

Рис.

Наиболее значительная концентрация напряжений наблюдается в местах перехода от шва к основному металлу, располагаясь у выступов швов. Это наиболее опасные участки сварного соединения. Коэффициент концентрациизависит от геометрических размеров шва. Для количественной характеристики формы шва вводится параметр формыm=Uv,v- полуширина шва, где.

При m<3 коэффициент концентрации определяется п-о графику на рис. ,- радиус кривизны зоны сопряжения шва с основным металлом.

Рис.

Рис.

При m>3 ,1

Например, для 2v=13 мм и=3 мм_ш=1,6,_ш1=1,5.

Рис.

Усиление шва не приводит к увеличению прочности сварного соединения. Рекомендации к увеличению толщины сварного соединения приводят не только к излишним производственным затратам, но и к увеличению концентрации напряжений. Концентрация напряжений зависит от формы поверхности участков перехода от шва к основному металлу. Зависимостиотиприведены на графиках на рис.

Рис.

Уменьшение местного утолщения шва и обеспечение плавного сопряжения основного металла и шва являются эффективными мерами снижения концентрации напряжений.

Существенная концентрация возникает в корне шва при его непроваре.

Рис.

3. Смещение кромок стыкуемых элементов также приводит к возникновению концентрации напряжений, в частности при смещении кромок

Влияние концентраторов не учитывается при статической нагрузке, но весьма существенна при переменной и особенно при циклической нагрузке.

Рис.

4. Концентрация возникает в результате местного изгиба, вызываемого остаточными деформациями при сварке. Коэффициент концентрации определяется значениями величинеи. Стыковые швы являются оптимальным типом сварных соединений при всех видах сварки – дуговой, контактной, электронно-лучевой. При доброкачественном процессе, рациональной конструкции и плавных спряжениях швов с основным металлом коэффициент концентрации может быть приближен к единице. В других типах сварных соединений такого результата добиться невозможно.