Концентрация напряжений

В стержне постоянного сечения, по оси которого при­ложена продольная сила, напряжения по сечению рас­пределяются равномерно. В стержне, сече­ние которого резко меняется из-за надрезов, отверстий, утолщений и др. напряжения по сечению распределяют­ся неравномерно. Так, у полосы, в которой просверлено отверстие, напряжения у его краев резко возрастают. Силовые ли­нии, обходя отверстия, искривляются и уплотняются, особенно вблизи отверстия.

Максимальные напряжения зависят от характера изме­нения сечения стержня. При круглых отверстиях макси­мальные напряжения могут превышать условные нормальные напряжения (под условным напряжением под­разумевается напряжение по ослабленному сечению) в 2—3 раза. Отношение мак­симального напряжения к условному называется коэф­фициентом концентрации.

Причина неравномерного распределения напряжений в местах резкого изменения сечения — препятствие раз­витию пластических деформаций в этих местах, в резуль­тате увеличиваются упругие деформации и, следователь­но, напряжения. В местах концентрации напряжений снижаются пластические свойства стали, возникает склонность к хрупкому разрушению.

При проектировании металлических конструкций не­равномерность напряжений по сечению в расчетах не учитывают. Уменьшить неравномерности распределения напряжений можно с помощью конструктивных меро­приятий.

Хрупкое разрушение может возникнуть не только при концентрации напряжений. Оно может появиться также при работе конструкций в условиях низких температур, при восприятии динамических нагрузок и в других слу­чаях. Склонность стали к хрупкому разрушению уста­навливают испытанием на ударную вязкость, которая из­меряется удельной работой, кгс-м/см2. Для стали класса С38/23 ударная вязкость должна быть не менее 8— 10 кгс-м/см2.

 

Старение стали

С течением времени пластические свойства стали сни­жаются, уменьшаются протяженность площадки текуче­сти и относительное удлинение. Вместе с тем повышает­ся прочность, увеличиваются предел упругости, предел текучести и предел прочности. Это явление называют старением стали. На процесс старения значительное вли­яние оказывает температура: с ее повышением процесс старения ускоряется.