Особенности работы и расчета сварных и болтовых соединений на. действие динамических нагрузок

Работе соединений при нагрузке с перерывами. Работа соединений на действие повторных нагрузок имеет несколько разновидностей.

Если силы стягивания соединения болтами велики и внешние пов­торные нагружения не преодолевают сил трения, возникающих при этом между соединяемыми элементами, то соединение сохраняет свою моно­литность и работает упруго, как основной металл. Так работают соеди­нения на высокопрочных болтах.

Если силы стягивания соединений на болтах нормальной, повы­шенной точности и несущих высокопрочных недостаточны и силы внут­реннего трения F преодолеваются в соединении внешними сдвигающими силами, то соединение начинает работать как упругопластическое тело (рис. 6.6). Если такое соединение довести до развития пластических де­формаций (преодолеть силы внутреннего трения), а затем разгрузить то пока не будет преодолено внутреннее трение в обратном направлении, разгрузка произойдет по упругому закону (первоначальные остаточные деформации соединения при этом сохранятся). Упругий закон будет распространяться не на разгрузку F, как при первом нагружении, а на 2F, что может быть объяснено особенностями природы сухого трения (рис. 6.6,6), т. е. соединение при повторных нагружениях и разгрузках сдвигающей силой N, не превышающей удвоенной силы трения 2F, пре­терпев первые неупругие сдвиги, в последующем будет работать упруго. Таким образом, повторные нагружения как бы увеличивают область уп­ругой работы соединения в 2 раза. Это сильно уменьшает деформатив-ность соединений после первых нагружении.

При повторных нагрузках и разгрузках соединения усилием N>2F трение в соединении будет каждый раз преодолеваться и на диаграмме «нагрузка — деформация» образуется петля гистерезиса' циклической работы соединения (рис. 6.6,а). Если фиксировать только начальную и конечную точки петли гистерезиса, то получается впечатление, что сое­динение работает упруго, но его приведенный модуль упругости Е' меньше модуля упругости материала, т. е. соединение оказывается бо­лее податливым, чем материал конструкции. Естественно, что чем боль­ше силы внутреннего трения в соединении F, тем больше зона упругой работы соединения и меньше его податливость. Это еще раз показывает желательность увеличения сил стягивания соединения болтами. Явление это расчетом не учитывается, но может быть учтено при определении деформативности сооружения.

Работа и расчет соединений при вибрационной нагрузке. В соедине­ниях, работающих на вибрационную нагрузку, применяют заклепки или высокопрочные болты.

При непрерывной повторной вибрационной нагрузке соединение ра­ботает упруго, так как размер изменения усилий обычно меньше зна­чения сопротивлений трения. Упругая работа соединения не способст­вует выравниванию усилий между болтами соединения, и крайние болты работают сильнее средних.

Отверстия в соединении и сложнонапряжениое состояние материала около отверстий (рис. 6.4, б) способствуют концентрации напряжений и появлению пиковых напряжений. Оба эти явления понижают вибрацион­ную прочность соединения по сравнению с вибрационной прочностью ос­новного материала вне соединения и создают условия для проявления усталости металла.

Реже разрушаются от усталости заклепочные или болтовые стержни. Они разрушаются в местах концентрации напряжений, т. е. в местах примыкания стержня к головке или в средней, обминаемой краями лис­та части стержня.

Снижение вибрационной прочности соединения учитывают снижени­ем расчетного сопротивления материала