Определение эффективных коэффициентов концентрации напряжений в судовых конструкциях

К числу важнейших для усталости факторов относится концентрация напряжений, т. е. местное повышение напряжений в узлах конструкций, которое в инженерной практике обычно характеризуется коэффициентом концентрации напряжений. Понятие коэффициента концентрации напряжений предложено в 1913 г. С. Инглисом и используется как мера максимального повышения напряжений в элементе конструкции по сравнению с напряжением, служащим для характеристики общей напряженности конструкции и вычисляемым с помощью методов сопротивления материалов и строительной механики. Если к термину «коэффициент концентрации» добавляется определение «теоретический», то речь идет о повышении напряжений, вызванном геометрическими особенностями узла конструкции, при упругом (в пределах действия закона Гука) деформировании материала.

Экспериментально доказано, что на самом деле в усталости реализуется уровень концентрации напряжений менее высокий, чем уровень, определяемый теоретическим коэффициентом. В связи с этим для учета влияния концентрации напряжений на усталость часто применяют понятие «эффективный коэффициент концентрации напряжений»:

где а^м_а — предел усталости материала, полученный при испытании гладких образцов; — предел усталости элемента конструкции. Дело в том, что даже при номинальных напряжениях ниже предела упругости в каком-то количестве зерен — большем или меньшем в зависимости от уровня напряжений — возникают микропластические деформации. При возникновении пластической деформации даже на микроуровне теоретический коэффициент концентрации напряжений уже не характеризует местное повышение внутренних усилий, и возникает понятие о коэффициенте концентрации напряжений при неупругом поведении материала, который зависит не только от геометрии узла, но и вида напряженного состояния, свойств материала, размеров конструкции и т. п. Все эти особенности поведения конкретной конструкции интегрально характеризует эффективный коэффициент концентрации. Из-за сложности и многообразия влияющих на его величину факторов до настоящего времени наиболее достоверные данные получают при экспериментальном определении.