Распределение напряжений в соединениях с фланговыми швами

В соединениях с фланговыми швами имеет место концентрация напряжений в швах и в основном металле полос между швами.

Рассмотрим соединение двух полос, соединенных швами с катетом К длиной L (рис. 4.6), Ввиду незначительной ширины полос условно примем распределение напряжений а в полосах равномерным по их ширине.

Основные элементы под действием растягивающих усилий удлиняются и перемещаются, во фланговых швах образуются сдвиговые деформации. Прямоугольный элемент dx шва 1—1—2—2 обращается в 1’—1’’—2’—2’’ (Рис. 5.7, а). Наибольшие деформации наблюдаются в крайних точках шва, наименьшие — в средних. Поэтому касательные напряжения распределяются по длине шва неравномерно.

В соединениях, у которых площади поперечных сечений соединяемых деталей равны (А₁=А₂=А) (Рис. 5.7, б),

напряжение в точке шва определяется уравнением:

G — модуль сдвига; Е — модуль упругости; L — длина шва.

Рис. 5.7 Распределение усилий в соединении с длинными фланговыми швами, прикрепляющими узкую полосу:

а — общий вид соединения; б — распределение по длине шва при А₁=А₂; в — распределение по длине шва при А₁<А₂.

Наибольшие значения τ_X принимает в точках х=0 и х=1:

Для равнопрочных соединений (2[τ]βKL=[σ]рA) при условии, что [τ]=0.6[σ]р и β=0,7, а также учитывая, что сt hα₀L=1, теоретический коэффициент концентрации напряжений в стальном фланговом шве

Если А₁<А₂, то наибольшее значение τ_Х будет со стороны элемента с меньшим поперечным сечением. При условии, что все деформации упругие, эпюра распределения τ_Х имеет вид, показанный на Рис. 5.7, в.

Рис. 5.8 Распределение напряжений σх в широкой накладке соединения с короткими фланговыми швами

Рассмотрим распределение нормальных напряжении между фланговыми швами в соединениях с накладками (Рис. 5.8). Допустим, что фланговые швы имеют небольшую длину и примем приближенно, что напряжения τ вдоль их длины одинаковы. Ширину же листов 2а будем считать значительной и определять концентрацию напряжений в металле листов, вызванную фланговыми швами. Силовой поток в растянутом листе сгущается в зоне фланговых швов, а средняя часть напряжена мало. Поэтому нормальные напряжения. максимальны на краях накладки и минимальны в середине.

Эпюра σ имеет вид, изображены на Рис. 5.8, и выражается законом гиперболического косинуса, т. е. цепной линией..

При различных отношениях а/L коэффициент концентрации принимает следующие значения:

Приведенные данные показывают, что при значительном увеличении ширины листа по сравнению с длиной фланговых швов коэффициент концентрации нормальных напряжений в листе возрастает. В соединениях с длинными фланговыми швами при небольшом расстоянии между ними концентрация образуется главным образом в концах фланговых швов (концентрация касательных напряжений τ_Х). В соединениях с короткими фланговыми швами при относительно большом расстоянии между ними концентрация возникает преимущественно в основном металле на участке между швами (концентрация нормальных напряжений σх). В соединениях, применяемых в сварных конструкциях, образуются обе разновидности концентраций в более или менее резко выраженной форме.