Стальные вертикальные резервуары низкого давления
для нефти и нефтепродуктов

конструкция, проектирование, эксплуатация и ремонт

2.3.3. Работа стали при неравномерном распределении напряжений и ударная вязкость

Концентрация напряжений

Работа стали при неравномерном распределении напряжений

Влияние начальных напряжений

Ударная вязкость

2.3.3.1. Концентрация напряжений

Равномерное распределение напряжений возможно только в тех случаях, когда оно обеспечено специальными конструкциями устройств, передающих силовые воздействия. Обычно напряжения распределяются неравномерно, причем наибольшая неравномерность получается у мест резкого изменения формы сечения: у отверстий, выточек, надрезов, утолщений и пр. Места эти называются местами концентрации напряжений (рис. 10). Причиной концентрации напряжений являются препятствия развитию пластических деформаций в указанных местах вследствие резкого изменения размеров сечения и в соответствии с этим увеличение упругих деформаций и повышение напряжений.

Неравномерность распределения напряжений весьма наглядно демонстрируется траекториями главных напряжений, которые можно уподобить линиям тока силовых воздействий, В местах затруднений продвижения силовых воздействий и деформаций траектории сгущаются и искривляются, обтекая эти места; вместе с этим повышаются напряжения вдоль траекторий, и тем больше, чем больше кривизна и сгущение траекторий (рис. 10). Такое криволинейное очертание траекторий всегда характеризует нелинейное (плоскостное или объемное) напряженное состояние, при котором нормальные напряжения в двух или трех взаимноперпендикулярных направлениях не равны нулю.

Таким образом, величина концентрации напряжений зависит от характера искажения формы сечения: при круглом отверстии она меньше, чем при продолговатом, направленном перпендикулярно действию силы; особенно велика она при поперечной трещине; при острой засечке она больше, чем при закругленной, и т. д.

Теоретически по концам острой поперечной трещины (или засечки) напряжения равны бесконечности; в то же время напряжения по свободному краю, перпендикулярные поверхности трещины, очевидно, равны нулю. Следовательно, здесь в напряженном поле происходит разрыв непрерывности, что делает напряженное состояние неустойчивым и способствует дальнейшему раскрытию трещины (рис. 10).

Отношение максимального напряжения в месте концентрации напряжений к основному, равномерно распределенному, называется коэффициентом концентрации. Величина коэффициента концентрации у круглых отверстий и полукруглых выточек имеет значение 2 — 3. В местах острых надрезов она значительно выше, и тем больше, чем меньше радиус кривизны надреза.

Рис.10. Траектории напряжении и концентрация напряжений у мест резкого изменения формы элемента:

а — около отверстия; б — около трещины