Элементы конструкций с отверстиями

В нагруженных элементах конструкций в некоторых случаях приходится делать отверстия довольно значительных размеров: технологические отверстия, люки для обслуживания и монтажа оборудования, окна для снижения массы кон­струкции и пр. Такие отверстия ослабляют конструкцию, поэтому их влияние следует учитывать при проектировании.

Концентрация напряжений вблизи отверстий характе­ризуется коэффициентами концентрации напряжений брутто или нетто, которые вычисляются как

Здесь <з_ь — номинальные напряжения брутто, вычисленные по исходному сечению без учета отверстия (рис. 13.25, а, сечение Б—Б); — номинальные напряжения, найден­ные по сечению нетто, с отверстием (сечение А—А).

Рис. 13.25. Концентрация напряжений в балках около отверстия и спосо­бы усиления балок

Коэффициент всегда больше, чем , так как учитывает не только концентрацию напряжений, но и эффект ослабления сечения отверстием. Коэффициенты концент­рации напряжений в элементах с отверстием при растя­жении значительно больше, чем при изгибе. Поэтому в коробчатых балках следует по возможности размещать отверстия не в поясах, а в стенках. Значения коэффициен­тов концентрации у отверстий в элементах конструкций зависят от конфигурации и размеров отверстия и вычис­ляются с помощью МКЭ.

Для снижения концентрации напряжений отверстие должно иметь скругленные углы и желательно форму, вы­тянутую вдоль направления усилия (рис. 13.25, б). Балки с отверстиями большого размера следует усили­вать окантовкой или накладками (рис. 13.25). Чтобы компенсировать ослабление сечения отверстием, площадь се­чения окантовки или накладки с одной стороны от отвер­стия должна удовлетворять условиям (рис. 13.25):

при растяжении

при изгибе

Если усиление элемента выполнено путем окантовки отверстия полосой (рис. 13.25, а, сечение А—А), то ее ши­рина при симметричном расположении относительно оси стенки берется как ( — толщина полосы).

Расчет на прочность элементов конструкций по сечени­ям с отверстием производится по условиям (7.1) и (7.3) без учета концентрации напряжений по максимальному зна­чению номинального напряжения, вычисленного по сече­нию нетто, т. е. с учетом ослабления сечения отверстием

Расчет на сопротивление усталости элементов с отвер­стиями выполняется по методике п. 10.3. В качестве РЗ выбирают ту точку сечения, в которой действуют наиболь­шие растягивающие напряжения и имеется концентратор напряжений. Действующие напряжения вычисляют с по­мощью МКЭ. При этом значение конструктивного коэффициента принимают равным . Для избежания уста­лостных повреждений в зоне наибольшей концентрации напряжений у отверстия не рекомендуется располагать сты­ковые швы и дополнительные ребра. Группу концентрато­ров для определения предела выносливости выбирают по табл. 10.3 в зависимости от конструкции, располо­жения и технологии изготовления узла, в котором нахо­дится РЗ.