4.4 Распределение напряжений в лобовых швах.

Рис.

Эксперименты и расчеты показывают, что в лобовых угловых швах существуют значительные концентрация напряжений, зависящая от конфигурации поперечного сечения, т.е. глубины проплавления, угла при вершине, и направления действия силы. Концентрация значительно снижается при увеличении глубины проплавления и увеличении угла, в случае действия нагрузки вдоль противолежащего катета.

Рис.

При возрастании нагрузок и приближении напряжений к_тконцентрация снижается. Причем при одинаковых уровнях средних напряжений в основном металле, нагрузка перпендикулярная плоскости непровара (силаР₁) дает большую концентрацию, чем нагрузка параллельная плоскости непровара (силаР₂). Напряжения концентрируются в плоскости АD, проходящей через корень шва.

Рассмотрим нахлесточное соединение с лобовым швом. В сечении А-А наибольший коэффициент концентрации=2. Распределение напряжений в сечениях сварного соединения приведены на рис. .

Рис.

Рис.

В нахлесточном соединении с двумя лобовыми швами усилия между ними распределяются равномерно, если элементы имеют равные толщины. При неодинаковых толщинах распределение усилий между элементами определяются формулой

s₂- большая толщина,l- длина нахлестки.

Концентрация напряжений имеет место также в лобовых швах тавровых соединений (соединения “впритык”). Наибольшая концентрация напря-

Рис.

жений возникает в соединениях с непроваром, который изменяет поток напряжений и создает дополнительную концентрацию напряжений.

Разделка кромок, соединяемых элементов, обеспечивающих полный провар по всей толщине, создает более благоприятные условия работы соединения и снижает концентрацию напряжений. Механическая обработка шва, обеспечивающая плавные сопряжения шва и основного металла приближает распределение напряжений в соединении “в притык” к распределению напряжений в стыковых соединениях.

Рис.

4.5 Распределение напряжений в соединениях с фланговыми

швами.

Рис.

В соединениях с фланговыми швами имеет место значительная концентрация напряжений, как в швах, так и в основном металле между швами.

Рассмотрим нахлесточное соединение с двумя фланговыми швами. При растяжении под действием силы Рэлементы из основного металла удлиняются и во фланговых швах образуются сдвиговые деформации.

Наибольшие деформации наблюдаются в крайних точках шва, наименьшие в средних. В соединениях, у которых площади поперечных сечений соединяемых деталей равны (F₁= F₂= F), напряжения по длине шва определяются по формуле

,

;G- модуль сдвига,Е- модуль упругости. Максимальное значение_xпринимает в точкахx=0,x=l

, где

Для стальных сварных соединений Е=2.1_*10⁵ MПа,G=8_*10⁴МПа,=0.7, [’]=0.6[]_р,учитывая, что2^.[`]kl=[]_р^.F - условие равнопрочности соединения, а величина, тотеоретический коэффициент концентрации напряжений, где, .

Рис.

При неравных площадях соединяемых элементов, большая концентрация напряжений будет со стороны элемента с меньшей площадьюF₁F₂

Рис.2

Распределение напряжений по рис.2 описывается формулой:

граничные значения напряжений определяются по формулам:

;

,

_max=₁.

Теоретический коэффициент концентрации напряжений при тех же условиях:

,

где =А₁/A₂.

Рис.3

Рассмотрим сварное соединение на рис. 3, с накладками и предположим, что напряжение вдоль сварных швов одинаковы, т.е швы небольшой длины. Ширину накладок 2асчитаем значительной и рассмотрим концентрацию напряжений в элементах конструкций, определяемую фланговыми швами.

В листе накладки и основного металла силовой поток сгущается в зоне фланговых швов, а средняя часть напряжена меньше. Напряжение вдоль оси yна расстоянииyот оси накладки

s - толщина накладки; ;v=2,3l.

.

При k=s,

Таблица. Зависимость коэффициента концентрации от размеров накладки

a/l	0,1	0,5	1,0	2,0
	6,61	2,01	3,37	6,61

Таким образом, в сварном соединении с фланговыми швами всегда возникает концентрация напряжений в резко выраженной форме. В соединении с длинными швами, при небольшом расстоянии между ними, концентрация образуется в концах фланговых швов (т.е концентрация касательных напряжений _x). В соединении с короткими фланговыми швами, при небольшом расстоянии между ними концентрация возникает в основном металле на участке между швами (т.е. концентрация нормальных напряжений_х).

Высокая концентрация напряжений возникает в местах резкого обрыва отдельных элементов соединения. Подобные условия работы характерны для крестообразных соединений.

Рис.

Наиболее напряженным участком является средняя часть соединения между свариваемыми пластинами. Величина коэффициента концентрации возрастает с уменьшением размера а, вследствие взаимного наложения полей напряжений в концах швов. Зависимостьотаприведена на рисунке.

Рис.

4.6. Распределение напряжений в комбинированныхсоединениях.

В результате экспериментальных исследований установлено, что в комбинированных соединениях с лобовыми и фланговыми швами концентрация напряжений заметно снижается. Если соединение с накладками выполнено только фланговыми швами, напряжение распределяется сильно неравномерно, как на рис.4.

Рис.4. Распределение напряжений в соединении с фланговыми швами.

Неравномерность напряжений по поперечному сечению накладок сильно уменьшается при добавлении к фланговым швам лобовых, как показано на рис.5.

Рис.5. Распределение напряжений в комбинированном соединении