Расчет местных напряжений в элементах конструкций

РАСЧЕТ МЕСТНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ В ЭЛЕМЕНТАХ КОНСТРУКЦИЙ [c.270]

Исходными данными для такого типа расчета уровней накопленных к данному моменту времени повреждений в рассматриваемых условиях нагружения могут служить данные о компонентах номинальных напряжений в элементах конструкций с характеристикой уровней концентрации для каждого из этих компонентов в зоне наибольшей напряженности, данные о приведенных величинах номинальных напряжений с указанием уровня их концентрации или непосредственные величины местных напряжений и деформаций для рассматриваемых условий нагружения. [c.261]

В методиках расчета, разработанных Институтом машиноведения АН СССР, сделан ряд допущений и упрощений, позволяющих выполнить расчет прочности и долговечности в рамках инженерных возможностей — с использованием аналитических зависимостей для кривых малоциклового разрушения, базовых статических и циклических свойств материала и схематизированных режимов эксплуатационного нагружения. Расчет местных напряжений и упруго-пластических деформаций проводится на базе коэффициентов концентрации напряжений и деформаций в упругой области. Эти коэффициенты устанавливаются по теоретическим коэффициентам для заданных уровней номинальных нагружений с учетом сопротивления материалов неупругим деформациям при статическом и циклическом нагружении. Нестационарность режимов нагружения в инженерных расчетах учитывается по правилу линейного суммирования повреждений. Расчеты выполняются для стадии образования трещины в наиболее нагруженных зонах рассматриваемых элементов конструкций. [c.371]

Характерно, что малоцикловые повреждения развиваются, как правило, в зонах концентрации напряжений (рис. 1.2) около отверстий, в вершине углового шва, в замковом соединении и отверстий дисков турбомашин [5, 100]. В типичных зонах концентрации напряжений при допускаемых современными методами расчета на прочность номинальных напряжениях развиваются значительные местные упругие и необратимые деформации. Сочетание механического и интенсивного теплового нагружений (7 = 200... 1000° С) приводит к образованию трещин. При интенсивном тепловом воздействии малоцикловые разрушения имеют вид сетки термоусталостных трещин, например, в элементах проточной части авиадвигателя (рабочие и сопловые лопатки, камеры сгорания, элементы форсажной камеры и др.) [10, 75, 100], в элементах конструкций тепловой энергетики [109, 112] и технологическом оборудовании [99, 110]. [c.7]

Из анализа данных об условиях эксплуатационного нагружения и о номинальной и местной нагруженности следует возможность оценки предельных состояний несущих элементов конструкций и выбора критериев прочности. Назначение основных размеров сечений несущих элементов должно проводиться из условий статической прочности, т. е. размеры сечений должны быть не меньше, чем по критериям статической прочности для максимальных эксплуатационных нагрузок. В расчетах статической прочности деталей машин и элементов конструкций, выполняемых по номинальным напряжениям, как правило, не учитываются местные напряжения от концентрации и местные температурные напряжения. В расчетах статической прочности используются пределы текучести и прочности, определяемые при стандартных кратковременных статических испытаниях гладких цилиндрических или плоских образцов [1, 2]. [c.11]

Если приведенные местные условные упругие напряжения Oai и Отг Определены В соответствии с п. 3.1. по данным расчетов аналитическими или численными методами (например, методом конечных элементов) или по данным испытаний модельной или натурной конструкции при эксплуатационных /-режимах нагружения, то концентрация деформации и напряжений в расчетах не учитывается и расчет на циклическую прочность ведется по указанным выше местным напряжениям. [c.223]

В связи с изложенным выбор сталей для элементов конструкций, работающих в условиях малоциклового разрушения при различных температурах и различной жесткости нагружения и назначения допускаемых напряжений только по характеристикам статической прочности, оказывается недостаточным. Характеристики пластичности, существенно влияющие на разрушающие амплитуды деформаций и числа циклов до разрушения, не являются расчетными при оценке статической прочности с использованием указанных выше запасов прочности по пределам текучести и прочности. Поэтому в практике проектирования циклически нагружаемых конструкций выбор материалов по характеристикам статической прочности (пределу текучести и прочности) осуществляется на стадии определения основных размеров. Поверочные расчеты сопротивления циклическому разрушению проводятся по критериям местной прочности с использованием как характеристик прочности, так и характеристик пластичности. [c.260]

В современных многослойных конструкциях широко применяют различные подкрепления в виде стрингеров, шпангоутов, фитингов, наличие которых обусловлено как конструктивными, так и технологическими соображениями. Например, это могут быть местные подкрепления, увеличивающие жесткость, элементы стыковки с другими частями конструкции, закладные технологические элементы, необходимые при изготовлении крупногабаритных изделий и др. Подкрепления вносят возмущения в напряженно-деформированное состояние конструкции, изменяют ее жесткостные и прочностные характеристики. По этой причине в математическом обеспечении расчета многослойных конструкций конечные элементы подкреплений играют не менее важную роль, чем элементы многослойных оболочек. [c.164]

При футеровке башенных аппаратов в местах опор внутренних самонесущих (диафрагмы) и несущих (своды, столбы опор) конструкций с наружной стороны обечайки или днища приваривают дополнительные элементы усиления (кольца, бандажи, ребра жесткости). Такие же элементы усиления должны быть в местах крепления обслуживающих площадок для снижения местных напряжений изгиба. Размеры элементов усиления определяют расчетом. Перегородки в оборудовании, подлежащие футеровке, должны иметь повышенную жесткость усиление их ребрами жесткости недопустимо. [c.170]

Предельные состояния, виды и критерии разрушения. Традиционные инженерные расчеты на прочность деталей машин и элементов конструкций при однократном нагружении основаны, с одной стороны, на номинальных напряжениях, определяемых по формулам сопротивления материалов, теории упругости и пластичности, теории пластин и оболочек и, с другой стороны, на характеристиках прочности материалов при однократном нагружении,, определяемых при стандартизированных или унифицированных испытаниях лабораторных образцов из применяемых конструкционных материалов [16]. В зависимости от большого числа конструктивных (вид нагружения, размеры и форма сечений, наличие концентрации напряжений), технологических (.механические свойства применяемых материалов, вид и режимы сварки, термообработки, упрочнения) и эксплуатационных (скорость нагружения, уровень нагрузок, температура, среда) факторов при однократном нагружении возможно возникновение трех основных видов разрушения — хрупкого, квазихрупкого и вязкого 16]. Каждый из этих видов разрушения существенно отличается по уровню номинальных и местных разрушающих напряжений и деформаций, скоростям развития трещин и времени живучести деталей с трещинами, внешнему виду поверхностей разрушения. Применительно к этим видам разрушения выбирают те или иные критерии разрушения из трех основных групп — силовых, деформационных и энергетических. [c.9]

На основе различия между медленным (стабильным) и быстрым (нестабильным) периодами развития трещины Дж. Р. Ирвин предложил методику испытаний и расчета для оценки несущей способности образца (элемента конструкции), содержащего трещину известной длины [1, 11, 16]. Эта методика получила распространение в США и отчасти в других странах при испытании металлов, пластмасс, клеевых соединений и даже стекол [1, 11, 16]. Предполагается, что поле напряжений вблизи трещины может быть охарактеризовано методами теории упругости и теории пластичности, на основе которых выведены формулы для растягиваемой пластины конечной ширины, имеющей или острый центральный надрез или симметричные острые боковые надрезы. При этом особой поправкой учитывается также локальная пластическая деформация вблизи трещины. Местные напряжения выражаются через коэффициент интенсивности напряжений К, который по Дж. Р. Ирвину достигает критической величины Кс в момент перехода от стабильного (докритического) к нестабильному (закритическому) разрушению. Величина Ке зависит от степени стеснения пластической деформации. На это указывает, в частности, уменьшение Кс с увеличением толщины листов. [c.128]

Расчет рельсов, рельсов-балок и несущих балок подвесных дорог на изгиб от действия подвижной нагрузки и собственного веса элементов конструкции является основным расчетом при проектировании однорельсовых дорог. Расчет на прочность сводится к определению нормальных напряжений изгиба от действия изгибающего момента в опасном сечении, вызываемого подвижной нагрузкой Мр и равномерно распределенной нагрузкой от собственного веса М . Сумма полученных напряжений не должна превышать допускаемые с учетом местных напряжений, возникающих в рабочих полках рельса. [c.49]

Остаточные напряжения могут влиять на общую устойчивость сварных стержней. Механизм влияния здесь может быть двоякий. Один — связан с уменьшением общей устойчивости в связи с наступлением местной потери устойчивости отдельных элементов второй — с наличием остаточных напряжений в сжатом стержне, а также начальной кривизны после сварки. При расчетах на общую устойчивость сжатых сварных стержней влияние остаточных Напряжений обычно не учитывают. Практика эксплуатации сварных конструкций показала, что имеющиеся запасы устойчивости по общепринятым расчетам достаточны, чтобы этим влиянием можно было пренебречь. [c.65]

Учет влияния вырезов. Рассмотрим влияние вырезов в крыле на напряжения и деформации его конструкции (рис. 4,75). По своему назначению и конструктивному исполнению вырезы в крыле бывают различные. Иногда малый вырез для сохранения прочности крыла иа изгиб компенсируется усиленными продольными элементами, а иа сдвиг и кручение — усиленной окантовкой или закрывается силовой крышкой. В этих случаях вырезы ие оказывают влияния иа общую прочность крыла. Поэтому весь расчет (см. 2 и 3 гл. IV) остается без изменения, но при этом требуется произвести дополнительный расчет местной прочности элементов, компенсирующих вырез. Так, иапример, для силовых крышек делают проверку прочности иа срез от действия касательных усилий болтов или винтов крепления крышки. Некоторые большие вырезы, иапример для уборки шасси между лонжеронами, не могут крышками. [c.139]

В защитных оболочках применяются арматурные системы с усилием натяжения до 10 000 кН с каналообразователями из пластмассовых труб. В расчетах жесткость такой трубы считают равной нулю, и если усилия от предварительного напряжения составят 7,0—10,0 МПа, то от наличия в ней отверстий, растягивающие радиальные напряжения Ог будут равны 7,0—10,0 МПа, а сжимающие—ое =21,0- 30,0 МПа. Вследствие местного действия напрягаемой арматуры эти усилия дополнительно возрастут. При этом они будут увеличиваться с увеличением силы натяжения арматурного элемента. В оболочке в этих условиях будут образовываться трещины, параллельные ее поверхности. Характер образования трещин и их раскрытия требует дополнительного экспериментального изучения. Можно предположить, что при арматурных пучках, рассчитанных на большие силы натяжения, и при большом количестве каналообразователей трещины между отверстиями соединятся и произойдет расслоение конструкции на две зоны — внешнюю и внутреннюю (рис. 1.17). При этом усилия в стенках оболочки перераспределятся внешняя часть конструкции разгрузится, а усилия во внутренней зоне увеличатся, что приведет к перегрузке бетона и металлического защитного слоя конструкции. Чтобы включить в работу наружный слой оболочки и избежать нежелательного перераспределения усилий, необходимо провести поперечное армирование оболочки. Усилие в поперечной арматуре ( п.а), отнесенное к единице длины канала, можно определить по формуле [c.33]

На первых стадиях проектирования проводят статические испытания моделей конструкции и ее отдельных элементов. При этом уточняют методику расчета, обосновывают выбор наиболее рационального варианта и схемы конструкции, например, уточняют коэффициенты местной потери устойчивости панели обшивки сухого подкрепленного отсека, критические напряжения оболочки бака, нагруженного осевой сжимающей силой и внутренним давлением, определяют разрушающие силы в стыковых соединениях и других элементах, плохо поддающихся расчету. [c.288]

При расчете на общую устойчивость замкнутые цилиндрические и конические гофрированные отсеки рассматривают как конструктивно-ортотропные оболочки. Задача выбора профиля гофра состоит в том, чтобы обеспечить высокие местные критические напряжения плоских и скругленных элементов гофра. Гофрированные панели, применяемые в качестве обшивки и имеющие по краям силовые элементы, рассчитывают как конструктивно-анизотропные пластины или пологие оболочки. При ориентировке гофров вдоль действия сжимающей нагрузки удается получить весьма высокие критические напряжения. Относительные критические напряжения можно повысить до значения 0, /0 = 0,7. .. 0,8. Для отсеков, нагруженных преимущественно осевым сжатием, конструкция с продольным направлением гофров является одной из наиболее эффективных в весовом отношении. [c.317]

Расчет строительных металлических конструкций ведется, как правило, по первому предельному состоянию, обусловленному несущей способностью конструкции — ее прочностью, устойчивостью, выносливостью при динамических и знакопеременных нагрузках. В редких случаях размеры элементов определяются по предельно допустимым деформациям, т. е. по второму предельному состоянию. Третье предельное состояние характеризуется максимально допустимыми местными повреждениями. При оценке качества пригодности материала вообще основным критерием являются допускаемые напряжения, установленные в зависимости от следующих причин [c.353]

Деформации и напряжения, возникающие при взаимном нажатии двух соприкасаюихихся тел, называют контактными. Вследствие деформации в местах соприкосновения элементов конструкции передача давлений происходит по весьма малым площадкам. Материал вблизи такой площадки, не имея возможности свободно деформироваться, испытывает объемное напряженное состояние (рис. 618). Как показывают расчеты, контактные напряжения имеют явно местный характер и весьма быстро убывают по мере удаления от места соприкосновения. Несмотря на это, исследовать контактные напря- [c.716]

Однако в связи е нарастанием единичных мощностей современного оборудования при одновременном сокращении их металлоемкости все более очевидной становится необходимость развития наряду с указанными выше методами традиционных расчетор на прочность новых методов расчетов на сопротивление малоцикловому разрушению, поскольку в экспериментальных условиях эксплуатации элементов машин в наиболее нагруженных зонах возникают местные упругопластические деформации. Последние в силу периодичности большинства рабочих процессов машин оказываются повторными и, как правило, знакопеременными даже при пульсирующих циклах изменения номинальных параметров нагруженности. Такие условия деформирования вызывают появление в рассматриваемых высоконагруженных зонах элементов конструкций (как правило, это зоны конструктивной концентрации напряжений) эксплуатационных повреждений в виде трещин малоцикловой усталости и выход тем самым из строя наиболее ответственных узлов машин. [c.3]

В ряде случаев авиационные конструкции эксплуатируются в условиях сложного взаимодействия спектров аэродинамической температурной и силовой нагруженности. Воздействие силовых факторов и температуры на этапах полетного цикла порождает интенсивное протекание процессов перераспределения напряжений и деформаций, изменение структурных параметров и механических характеристик материала, накопление циклических и длительных повреждений. Изменение несущей способности элементов авиационных конструкций оказывается особенно выраженным для малоциклового нагружения при наличии пластических деформаций и нагрева, когда изменение механических свойств по числу циклов и по времени обусловливает заметную неста-ционарность кинетики местных напряженно-деформированных состояний. Расчет долговечности в таких условиях, как отмечается в гл. 1, 2, 4, 8 и 11, осуществляют на основе решений соответствующих краевых задач, реализуемых экспериментально, с помощью численных решений или приближенных аналитических методов. [c.114]

Усложнение геометрии исследуемых элементов конструкций по мере снижения их материалоемкости, нелинейное поведение материалов в зонах конструктивной неоднородности, в вершинах исходных технологических дефектов (трещин, пор, включений, подрезов и т. д.), особенно при длительных статических и циклических нагрузках в условиях повышенных температур, ведут наряду с применением традиционных в практике проектирования аналитических методов к существенному развитию и совершенствованию численных методов и самих критериев прочности и разрушения, ориентированных на использование ЭВМ [1]. При этом вместе с нормативными подходами д.ля оценки ма.лоцикловой прочности и долговечности по условным упругим напряжениям (равным произведению местных упругих или упругопластических деформаций на модуль упругости при соответствующей температуре [2]) разрабатываются уточненные методы расчетов, основанные на деформационных критериях разрушения поцикловой кинетики местных упругопластических деформаций и учитывающие температурно-временные эффекты, частоту нагружения, форму циклов [3—7]. [c.253]

В работе (5] была предложена матричная форма метода начальных параметров для расчета упругих перемещений, усилий и напряжений в различных корпусах и сосудах, рассматриваемых как многократно статически неопределимые системы из элементов оболочек, пластин, кольцевых деталей, стержней, и были показаны преимущества этого метода ири расчете на ЭВМ. В работе [6] метод был развит применительно к различным типовым особенностям взаимодействия элементов и узлов таких конструкций, которые могут быть представлены как разрывные особенности или оазоывные сопряжения элементов. Примерами таких типовых особенностей являются контактные сопряжения фланцевых разъемных соединений, для которых неизвестны взаимные повороты и контактные моменты, зависящие от местной податливости зон контакта, величины радиальных проскальзываний и поперечных усилий, в свою очередь зависящих от сил трения в этих зонах и упругости шпилек фланцевых соединений. Разрывные особенности не только увеличивают число неизвестных величин, но и существенно усложняют применение для рассматриваемых статически неопределимых задач известных методов строительной механики, включая матричные, наиболее компактные и удобные при использовании ЭВМ. [c.76]

Расчет пределов выносливости так же, как и при экспериментальном их определении с помощью пульсаторных образцов, производится на базе 2 10 циклов по номинальным нормальным напряжениям растяжения—сжатия а/, действующим в элементе перпендикулярно к расчетному сечению. Одновременно учитывается влияние направленных так Ш местных изгибнь1х напряжений возникающих из-за деформации тонкостенных элементов из своей плоскости, и суммарных остаточных напряжений Оос м образующихся в расчетной зоне при изготовлении конструкции. Под расчетной зоной понимается приповерхностный слой металла у концентратора напряжений, механические свойства и напряженное состояние которого обусловливают степень сопротивления усталости элемента конструкции. [c.153]

Для элементов машин и конструкций в экстремальных условиях нагружения (в зонах концентрации, в местах действия высоких температ рны5в и остаточных напряжений, в окрестности трещин) традиционно применяемые в инженерной практике расчеты прочности, основанные на определении номинальных и местных напряжений (методы сопротивления материалов), оказываются недостаточными и в целом ряде случаев неправол1ерньдаи-Поэтому запасы прочности и долговечности в рамках поверочных расчетов устанавливают на базе деформационных критериев разрушения, т. е. по предельным нагрузкам, местным упругопластическим деформациям, коэффициентам интенсивности напряжений и деформаций по размерам дефектов типа трещин. [c.6]

Расчеты на прочность в номинальных напряжениях по характеристикам статических свойств с учетом опыта проектирования проводят для обоснования выбора основных размеров элементов конструкций — толщин стенок и диаметров. Для обоснования выбора конструктивных форм (наличие зон концентрации), режимов теплового и механического нагружения, технологии (сварка, термообработка), уровня дефектоскопического контроля с учетом условий эксплуатации следует провести дополнительные поверочные расчеты на прочность и ресурс. Для выполнения этих расчетов рекомендуется использовать деформационные подходы, отражающие роль указанных выше факторов. Кроме того, для наиболее ответственных машин и конструкций проводят модельные и натурные тензометрическне испытания, из которых непосредственно получают значения номинальных и местных деформаций. Для определения соответствующих запасов прочности н ресурса эти значения деформаций сопоставляют с критериальными значениями. [c.212]

Последующее развитие техники полностью подтвердило справедливость мнения В. Л. Кирпичева с существенными уточнениями пластичность необходима не только при наличии ударов, но часто при статических нагружениях для элементов конструкций важна прежде всего местная, а не общая пластичность полезное влияние (увеличение локального энергопоглощения) могут оказывать местные неупругие деформации разной природы, а не только пластические, например вязкие. Выход за пределы чисто упругого состояния вызывается общими или локальными явлениями, существенно повышающими энергопоглощение пластическими или вязкими сдвигами, двойникованием, диффузионными и дислокационными процессами, перемещениями вакансий и т. д. При этом существенно увеличивается скорость нарастания деформаций и соответственно возрастает величина деформации. Например, у сталей наибольшее упругое удлинение имеет величину порядка 1 % (за исключением нитевидных кристаллов, упругое удлинение которых может достигать 5% и более), в то время как наибольшая пластическая деформация достигает десятков процентов. Большинство расхождений между выводами из расчетов теории упругости и сопротивления материалов с результатами механических испытаний и опытом эксплуатации Изделий является следствием проявления неупругих состояний. Эти проявления могут быть как полезными, способствующими местному благоприятному перераспределению напряжений при выходе за пределы упругого состояния, так и вредными чрезмерная общая деформация изделий вследствие текучести и ползучести, затрудненная обработка резанием ввиду высокой вязкости, плохая прирабатываемость и наволакивание материала при трении и т. п. [c.107]

Изгибающий момент является самоуравновешенной нагрузкой, и напряжения от него быстро затухают в небольшой зоне, примыкающей к площадке контакта. Поэтому для расчета по теории упругости может быть выбрана эта ограниченная зона конструкции, а напряжения по местам ее сопряжения с остальной частью конструкции могут быть приняты равными нулю. Выполненные расчеты показали, что при увеличении расчетной зоны конструкции коэффициенты податливости практически не менялись. Чем меньше относительная длина площадки контакта, тем больше угол ее поворота и меньше поворот всего узла как целого тела. Для рассматриваемых площадок местный угол поворота от моментной нагрузки в 15—20 раз превышает угол поворота сечения расчетного элемента (для осевой нагрузи в 2—2,5 раза). В данном случае методы строительной механики неприменимы, так как они не отражают этих явлений. [c.134]

Правильный выбор конструкции отдельных элементов аппаратов, машин и различных сооружений имеет большое значение с точки зрения возможности возникновения или усиления коррозии. Неудачные конструкции обусловливают появление внутренних напряжений, тепловой неоднородности (местные перегревы), контакт разнородных металлов, наличие зазоров, щелей, неплотностей, застойных зон и др. Все эти факторы способствуют возникновению очагов коррозии или их развитию. Следовательно, еще на стадии проектирования необходимы такие решения, которые исключали бы действие перечисленных факторов, приводящих к коррозионному разрушению конструкции. До настоящего времени нет единых нормативов или установленных требований к проектируемой аппаратуре, которые обязывали бы принимать то или иное констр-уктивное решение в зависимости от коррозионных условий эксплуатации оборудования. Имеется только указание, в РТМ 42—62, предусматривающее увеличение расчетйой толщины стенок сосудов л аппаратов (/ на 1 мм) для компенсации коррозии под влиянием агрессивной рабочей среды. [c.51]

Для элементов машин и конструкций, испытывающих в эксплуатации действие повторных местных упругопластических деформаций, традиционно применяемых расчетов статической прочности по номинальным напряжениям и стандартным характеристикам механических свойств (пределы текучести 0т, прочности Оц, длительной прочности Одп и ползучести Оп) оказывается недостаточно. Эти расчеты используют для выбора основных размеров сечений несущих элементов, Отражение таких факторов, как повторность, длительность и температура нагружения, концентрация напряжений и специфика свойств материалов при циклическом упругопастическом нагружении, осуществляется в поверочных расчетах малоцикловой прочности и долговечности. [c.213]

При наличии концентратора напряжений, вызванного резким изменением геометрии, дополнительное местное повышение деформаций может быть определено излагаемым на стр. 73—82 методом, либо численно методами, учитывающими объемный характер упругопластического деформирования, наприйер, методом конечных элементов с вычислением Церемонных параметров упругости. Использование предложенного в данной работе метода позволяет при этом существенно ограничить рассматриваемую зону конструкции с концентратором деформаций и определить граничные условия для уточненного расчета или экспериментального исследования этой зоны. [c.132]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...