Ребра жесткости относятся к вспомогательным элементам конструкции, однако в местах их прикрепления в форме попереч­ного сечения основных элементов неизбежно создаются весьма существенные изменения, которые могут привести к значительной концентрации напряжений. На рис. 17—20 приведены данные о распределении напряжений в местах приварки ребер жест­кости [17].

Эти данные показывают, что конструктивное оформление узлов крепления ребер жесткости оказывает существенное влия­ние на условия распределения в них напряжений. Наиболее высокая концентрация напряжений наблюдается в районе корня шва в узле с парными ребрами и односторонними швами (рис. 18).

В узлах с односторонними швами концентрация напряжений в районе корня шва оказывается более высокой, чем в районе пере­хода от шва к поверхности листа. Распределение напряжений в узлах с одиночными ребрами при осевой нагрузке характери­зуется тем, что точки перехода от шва к основному металлу ока­зываются расположенными в зоне несколько сниженных напря­жений (рис. 19 и 20). Это объясняется тем, что при эксцентричном креплении ребра общее растяжение сопровождается местным из­гибом, от которого в зоне швов возникает дополнительное сжимаю­щее напряжение, в результате чего суммарные напряжения в этой зоне уменьшаются. Такое благоприятное действие дополни­тельных напряжений от местного изгиба проявляется и в соот­ветствующем повышении предела выносливости для узлов с оди­ночными ребрами жесткости.

При этом необходимо отметить, что на внешней поверхности подкрепляемого листа, свободной от концентраторов, эксцен-

тричное крепление ребер жесткости приводит к повышению на­пряжений. Поэтому следует ожидать, что благоприятное влияние местного изгиба будет ограничиваться случаем, когда концентра-

нения. Если концентрация у швов будет снижена (например, обеспечением плавных переходов), то эти участки не будут сла­быми местами соединения, и тогда местный изгиб, повышающий

напряжения на внешней поверхности подкрепляемого листа, будет производить отрицательное действие. Полученные данные показы­вают, что при использовании двусторонних швов напряженное

состояние является более благоприятным. При этом создается местное дополнительное усиление, которое, перекрывая наиболее опасные участки, расположенные у корня шва, разгружает их. 56

і,)

Весьма высокая концентрация напряжений возникает в свар­ных конструкциях в местах резкого обрыва отдельных элементов. Подобные условия были созданы при испытании образца с кре­стовыми соединениями (рис. 21).

Такие типы соединений характерны для сопряжений пересе­кающихся плоских элементов, расположенных в различных плос­костях Примеры применения подобных соединений встречаются в реальных конструкциях.

Условия работы среднего участка центральной пластины кре­стов: го образца являются весьма сложными. Этот участок характе­ризуется значительной концентра­цией напряжений. Наибольшие напряжения имеют место в точ­ках, расположенных у концов примыкающих ребер. Коэффициент концентрации напряжений зависит от расстояния между концами ребер (размер I, рис. 21). При большом расстоянии между реб­рами поля концентрации напря­жений, создаваемые по концам крепления ребер, не оказывают взаимного влияния. При сближе­нии ребер происходит взаимное наложение полей концентрации напряжений и в связи с этим коэффициент концентрации напря­жений возрастает.

Условия работы металла раз­личных зон центральной пластины крестового образца неодинаковы. В зоне наибольшей концентрации предел текучести и предел прочно­сти значительно повышаются. Испытания на разрыв показали, что деформации металла этих участков происходят упруго вплоть до полного разрушения образцов [14]. Пластические деформации со­средотачиваются на участках, удаленных от мест крепления кон­цевых планок. Измерения напряжений в крестовых образцах показали, что концентрация напряжений создается в них не только из-за резкого изменения формы в сечении у концов при­крепляемых элементов, но и за счет особых условий передачи нагрузки, осуществляемой через концевые планки.

При малой длине продольных швов концентрированная пере­дача усилий не может быть существенно снижена плавными переходами окончаний концевых планок.

В этом случае для снижения местных напряжений необхо­димо дополнительное местное увеличение площади поперечного сечения центральной пластины.

Экспериментальное исследование работы крестовых образцов показало, что средний участок центральной пластины при малом расстоянии между ребрами, нахо­дится в весьма сложном напря­женном состоянии, которое прибли­жается к объемному. Для сниже­ния концентрации напряжений подобных соединений необходимо увеличивать расстояние между прикрепляемыми концевыми реб­рами и обеспечивать более плав­ное изменение формы, например, путем постепенного уменьшения ширины концевых ребер и при­менения дополнительной механи­ческой обработки (рис. 22). При выполнении указанных реко­мендаций подобные соединения могут применяться в сварных конструкциях, воспринимающих вибрационную нагрузку.