Стальные вертикальные резервуары низкого давления
для нефти и нефтепродуктов

конструкция, проектирование, эксплуатация и ремонт

2.3.3.3. Влияние начальных напряжений на работу элемента

Большое влияние на неравномерное распределение напряжений оказывают начальные напряжения.

Начальными называются напряжения, которые имеются в не нагруженном внешней нагрузкой элементе и которые появились в нем в результате предшествующей работы элемента и его деформаций; поэтому они называются также и остаточными напряжениями. Весьма часто начальные напряжения называют собственными или внутренними, так как они присущи данному состоянию элемента и не проявляются вовне. Начальные, или собственные, напряжения всегда уравновешены, и потому эпюры их двузначны (рис.12). Причины появления начальных напряжений весьма разнообразны; чаще всего они температурного происхождения и получаются в результате неравномерного остывания после прокатки, после сварки и т. д.

Собственные напряжения могут быть:

1) правильно ориентирован­ные (собственные напряжения I рода)

2) беспорядочно ориентирован­ные (собственные напряжения II и III рода).

Последние уравновешиваются в пределах малых объемов тела и в первую очередь связаны с неправильностями структуры материала. Первые уравновешиваются в объеме всего элемента или детали и могут давать силовые поля — линейные, плоскостные или объемные. На напряженное поле собственных напряжений накладывается поле внешней нагрузки, поэтому результирующее поле напряжений в материале может существенно отличаться от поля внешней нагрузки, определяемого расчетом. При неблагоприятном распределении напряжений (например, при результирующем поле, плоскостном или объемном с нормальными напряжениями одного знака) развитие пластических деформаций может оказаться затрудненным, в результате чего может появиться опасность хрупкого разрушения.

Рис.12. Собственные напряжения от неравномерного остывания после прокатки 

Суммирование линейного поля собственных напряжений с линейным полем внешней нагрузки (например, при простом растяжении или изгибе) может привести к более раннему или позднему переходу в стадию пластичности. Линейные поля собственных напряжений не оказывают влияния на прочность элемента, так как результирующие напряжения выравниваются при развитии пластических деформаций (в отличие от плоскостных и объемных полей). Наконец, возможны случаи, когда начальные напряжения уравновешиваются не на одной, а на нескольких деталях (например, натяжение остывшего заклепочного стержня уравновешивается сжатием стянутых заклепкой листов). Если внешние воздействия нарушают связь между этими деталями, они изменяют поле начальных напряжений, что должно быть учтено при суммировании начальных напряжений с внешними.

Борьба с начальными напряжениями ведется преимущественно конструктивными мероприятиями.