Эффект концентрации напряжений в стержне прямоугольного сечения в области крепления от продольных усилий

Актуальность. Для обеспечения безопасной работы конструкций и сооружений необходимо точнее определять напряженно-деформированное состояние (НДС) элементов конструкций, выявлять области концентрации напряжений. Вопросы распределения напряжений в областях крепления стержней в трехмерной постановке относительно мало изучены. В этих областях могут возникнуть существенные концентрации напряжений, способствующие возникновению и развитию трещин и отколов, являющихся предвестником разрушения. Развитие современных методов расчета, программных комплексов и рост возможностей вычислительной техники позволяют уточнять расчетные схемы: переходить от одномерной схемы расчета к двумерной, от двумерной схемы расчета к трехмерной. Все это дает возможность более точно оценивать НДС элементов конструкций и сооружений, выявлять области концентрации напряжений, а также исследовать влияние коэффициента Пуассона на концентрацию напряжений. Методы исследования. Отмечено, что в стержнях (стойках) квадратного сечения возникают трещины и разрывы в кромках при воздействии продольных нагрузок. Для оценки напряженно-деформированного состояния используются трехмерные элементы на базе сплайнового варианта метода конечных элементов и расчетный комплекс «ЛИРА». Сплайновый метод конечных элементов, благодаря синтезу идеи параметризации и метода конечных элементов (МКЭ) с кубической аппроксимацией всех трех искомых переменных в пределах каждого элемента, позволяет получать согласованные трехмерные конечные элементы. На базе отмеченных методов и комплексов выполнены численные исследования концентрации напряжений в стержнях квадратного и прямоугольного сечений, закрепленных на одном конце и воспринимающих растягивающие усилия на другом конце. Выводы. Установлено, что в угловых точках сечения в области крепления прямолинейных стержней, воспринимающих осевые растягивающие усилия, возникают концентрации напряжений. Вдали от области крепления стержня напряжения выравниваются. С увеличением коэффициента Пуассона концентрация напряжений возрастает быстрее, чем при малых значениях. Переход от одномерной расчетной схемы к двумерной и тем более к трехмерной схеме позволяет определять концентрацию напряжений как в плане, так и по толщине. Информация о концентрации напряжений в элементах конструкций позволит проектировщикам более грамотно проектировать конструкции и сооружения, а эксплуатационникам своевременно выявлять дефектные области.