Концентрация  напряжений, обусловленная геометрической формой элементов конструкции

Концентрация  напряжений,  обусловленная геометрической формой элементов конструкции

Чувствительность к надрезу элемента конструкции определяется как мера влияния надреза на сопротивление усталости. Эта величина является функцией геометрической формы детали и предела прочности материала. Усталостные трещины в деталях, подверженных действию повторных нагрузок, обычно возникают в тех тачках конструкции, где напряжения имеют максимальные значения.

Чувствительность к надрезу исследовалась на образцах из различных материалов с надрезами различной формы. Было установлено, что влияние различных надрезов на сопротивление усталости (эффективный коэффициент концентрации напряжений) не так велико, как можно было бы ожидать на основании теоретических значений коэффициентов концентрации напряжений. Математический расчет коэффициентов концентрации напряжений для деталей сложной формы может представлять большие трудности. Однако Нейбер получил данные, облегчающие расчет теоретического пика напряжений для многих типов деталей с надрезами.

Разрабатывались различные методы оценки поведения деталей с концентрацией напряжений в условиях усталости и расчета предела выносливости таких деталей па основании значений теоретического коэффициента концентрации напряжений. Питерсон предложил пользоваться коэффициентом чувствительности к надрезу, определяемым по формуле.

Значения коэффициента чувствительности к надрезу в большинстве случаев рассматривают как функцию радиуса закругления у дна надреза исследуемой формы.

При уменьшении радиуса надреза чувствительность к надрезу стали высокой прочности увеличивается значительно быстрее, чем в случае менее прочной углеродистой стали, несмотря на то, что концентрация напряжений увеличивается одинаково для всех материалов.

В некоторых случаях было установлено, что при очень остром надрезе предел выносливости детали может повышаться, причем в детали образуются трещины, которые в дальнейшем не развиваются. Однако получение такого эффекта возможно только при очень точном выполнении условий эксперимента, что делает его практически бесполезным в смысле возможности применения в сварных конструкциях. Наличие этого эффекта помогает объяснить некоторые необычные случаи появления неразвивающихся усталостных трещин при испытаниях  образцов в лабораториях.

Установлено, что помимо материала образца и радиуса надреза предел выносливости и чувствительность к надрезу зависят также от числа циклов до разрушения, при котором производится сравнение. Это видно, где приведены данные испытаний надрезанных и ненадрезанных образцов. При очень малом числе циклов нагружения до разрушения, приближающемся к условиям однократного нагружения, сопротивление усталости выше для образца с надрезом благодаря наличию в зоне надреза объемного напряженного состоянии при большом числе циклов предел выносливости образца без надреза значительно выше предела выносливости образца с надрезом.

Важную роль может играть также влияние типа надреза и формы поперечного сечения образца на распределение напряжений. Общий характер распределения и относительная величина главных напряжений для нескольких типов образцов с концентрацией напряжений, иллюстрирующей трудность оценки местных напряжений даже при условии совершенной упругости материала. При увеличении напряжений и появлении пластических деформаций сложность проблемы определения напряжений неизмеримо   возрастает. В некоторых случаях теоретическое значение максимального напряжения в детали может быть значительно больше номинального напряжения, в то время как фактическое значение максимального напряжения может только немного превышать номинальное.

Острый треугольный надрез вызывает более значительное понижение предела выносливости, чем надрез с закругленным дном. Кроме того, относительное понижение предела выносливости при наличии надреза увеличивается при повышении прочности стали, что еще раз показывает влияние свойств материала на чувствительность к надрезу.

Обычно используемые сопряжения элементов в конструкциях вызывают концентрацию напряжений, которая может в значительной Степени определять сопротивление конструкции усталости. Внешними концентратерами напряжений в сварных соединениях могут быть выступающие валики сварных швов, неровности поверхности шва, неблагоприятный профиль шва, подрезы и другие дефекты, вызывающие резкое изменение формы и сечения деталей. К числу внутренних концентраторов напряжений относятся трещины, шлаковые включения, пористость и непровар. Ввиду случайного характера и неправильной формы концентраторов напряжений в соединениях реальных конструкций точное теоретическое определение возникающей   концентрации   напряжений практически невозможно. Экспериментально установленное значение эффективного коэффициента концентрации в реальных конструкциях может достигать величины 5-10. Это значение превышает эффективный коэффициент концентрации напряжений, обычно получаемый при усталостных испытаниях надрезанных образцов малых размеров, даже при очень неблагоприятной форме надреза.

Читайте так же:

015 038 017 026 019 048 045 050

Комментарии запрещены.

Явление усталости

046 001 025 034 032 028
Усталость конструкций
Сопротивление усталости