![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Тема 1.5. Проектування зварних з'єднань при зварюванні плавленням
При проектуванні зварних з’єднань в першу чергу призначають розміри шва і тип з’єднання згідно стандарту на спосіб зварювання. Наступним кроком проектування з’єднання в основному є або перевірка міцності (розрахунок руйнуючої сили), або визначення потрібної довжини зварного шва. Під розрахунком міцності маємо на увазі складання відповідної умови міцності. Для скорочення запису приймемо методику за граничними напруженнями. Розглянемо три варіанти навантаження зварних з'єднань: осьовою силою, моментом та одночасно силою і моментом. Навантаження має статичний характер. Як уже було розглянуто, за статичного навантаження концентрація напружень до уваги не приймається. Приймається також, щоруйнування буде мати місце по металу зварного шва. Проектування з’єднань зі стиковим швом. Осьове навантаження. (рис.1.42). В цьому випадку руйнування відбудеться внаслідок нормальних напружень в будь якій точці поздовжнього перерізу шва (всі точки перерізу напружені однаково). Рис.1.42 Рис.1.43 Отже, умова міцності має вигляд або де Fш - площа руйнування шва, lш - довжина шва, Іноді використовують стикові шви орієнтовані під кутом до лінії дії сили. Тоді в поздовжньому перерізі зварного шва (рис.1.43) діятимуть нормальні й дотичні напруження: Тоді умова міцності Якщо діють сили, як показано на рис.1.44 (без урахування моменту) руйнування буде наслідком дотичних напружень. В разі одночасної дії сил в двох напрямках (рис.1.45.) у зварному шві діятимуть як нормальні, так і дотичні напруження. Рис. 1.44 Рис.1.45 Тому.умова міцності має вигляд У випадку дії сил як показано на рис 1.46 (сила Р2 прикладена по осі шва) в металі зварного шва будуть діяти нормальні напруження у двох напрямках, тобто має місце плоский напружений стан і тоді умова міцності: Рис.1.46
Навантаження моментом (рис.1.47). Під дією моменту у зварному шві утворяться нормальні напруження, нерівномірно розподілені по довжині шва. Максимальні напруження діють в точці А. Тоді умова міцності буде: де
Рис.1.47 Рис. 1.48. Для зварного з’єднання навантаженого як вказано на рис.1.48. умова міцності приймає вид: де Wш- осьовий момент опору перерізу шва відносно осі y. Навантаження силою і моментом (рис.1.49). Аналізуючи навантаження і використовуючи принцип незалежності дії сил, необхідно в першу чергу визначити, які напруження виникають окремо від дії сили та моменту. Рис. 1.49. В даному випадку від сили і моменту діятимуть нормальні напруження. Це означає, що умову міцності необхідно записати за нормальними напруженнями де Якщо навантаження викликає нормальні та дотичні напруження (рис.1.50), Рис. 1.50
умову міцності треба записати за еквівалентними напруженнями Для сталевих конструкцій при статичному навантаженні, використанні відповідних зварювальних матеріалів, повному проварі і фізичному контролі якості зварних з’єднань допускається розрахунки на міцність стикових швів не проводити через високу міцність зварного з’єднання, яка в багатьох випадках не поступається міцності основного металу. Проектування з’єднань внакладку з лобовим кутовим швом. Осьове навантаження (рис.1.51).
Рис 1.51. Як вже було показано, умову міцності для кутових швів потрібно складати за дотичними напруженнями, тобто Оскільки діє осьова сила приймаємо, що напруження в перерізі шва розподілені рівномірно по довжині Якщо з'єднання матиме два лобових шва, умова міцності буде Навантаження моментом (рис.1.52).
Рис. 1.52 Враховуючи загальну формулу для напруження від дії моменту, розподіл дотичних напружень по довжині шва визначається залежністю де I ш – момент інерції перерізу шва, що руйнується. Найбільше значення напружень буде в точці А (y = ymax), для якої умова міцності приймає вид: де Wш – момент опору перерізу шва (прямокутник розмірами Для з’єднання з двома швами Одночасна дія сили та моменту (рис.1.53) Оскільки діють два силових фактори і від кожного з них утворюються відповідні дотичні напруження де Напруження Рис. 1.53 Розглянемо ще один приклад (рис.1.54.). Сила Р викликає одночасно дію як від осьової сили, так і від моменту, тобто Але на відміну від попереднього випадку, напрямки напружень Рис. 1.54. Відрізняються -- від дії сили напрямок напружень Проектування з’єднань внакладку з фланговими кутовими швами. Осьове навантаження (рис.1.55). В кутовому шві руйнування відбувається в наслідок дії дотичних напружень, тому
Рис. 1.55
Оскільки діє осьова сила
Навантаження моментом (рис.1.56). В цьому випадку приймаємо, що у зварних швах діятиме реактивний момент Мреак.= М
Рис. 1.56
У свою чергу реактивний момент можна подати як пару сил Т, помножених на плече В, тобто Мреак.= Т В. Сила Т = Мреак./ В (при В Навантаження силою та моментом (рис.1.57). Оскільки в швах напруження утворюються від дії двох силових факторів Р і М, то Окремо від сили Р і моменту М напруження визначаються як і в попередніх випадках. Залишається визначити, якою буде Аналізуючи дію сили Р імоменту М, бачимо, що для шва 1 напрямок напружень, які вони спричинюють, збігається, тому
Рис. 1.57
Проектування з’єднань внакладку з фланговими та лобовими кутовими швами(комбіновані з'єднання). Осьове навантаження (рис.1.58.). Розраховуючи міцність такого з'єднання, приймають, що напруження у всіх швах однакові, тоді площа, яка руйнується Рис.1.58 Умова міцності
Навантаження моментом (рис.1.59). Насамперед припустимо, що напруження у всіх швах однакові. Діючий момент сприйматиметься як лобовим, так і фланговим швами, тобто М = Мл + Мф.Підрахуємо, чому дорівнюють ці моменти за умови, що напруження однакові за відповідними формулами і просумуємо + Розрахункові дотичні напруження Можлива й інша ситуація (рис.1.60) В цьому випадку неможливо розподілити діючий момент між лобовим і фланговим швами. Рис. 1.60 Розв'язання буде таким. На відстані ryвід центра ваги швів (ц.в.ш) візьмемо елементарну площадку площею dF, на якій діє напруження де r1 - відстань, яка дорівнює одиниці. Тоді Інтеграл де Отже, Оскільки необхідно визначити максимальні значення напружень, то замість Тоді В разі одночасної дії сили й моменту необхідно аналізувати напрямки дії відповідних напружень у кожному шві й брати їх відповідну суму. Проектування таврових з'єднань. Розрахунок міцності таврових з'єднань виконується залежно від виду підготовки окрайок. Якщо з'єднання без розкриттяокрайок, воно формується кутовими швами, і обчислення міцності Рис. 1.61. не відрізняється від методики розрахунку з'єднань внакладку, тобтоза дотичними напруженнями Проектування зварних з’єднань деталей різного профілю. Визначимо напруження в перерізі зварних швів, що прикріплюють балку різного поперечного перерізу до жорсткої опори (рис.1.62). Рис.1.62 З'єднання балки різного профілю з опорою кутовими швами по периметру. З'єднання сконструйоване з кутовими швами, що обварюють периметр. Таке з'єднання зручне при повороті конструкції і при виконанні швів у нижнім і вертикальному положеннях. Кутові шви розраховуються за дотичними напруженнями. Дотичні напруження у швах: Момент опору перерізу швів: де Iш — розрахунковий момент інерції перерізу периметра швів. Він визначається множенням моменту інерції перерізу швів на коефіцієнт Для прямокутного перерізу: Для круглого поперечного перерізу: Для двотаврового поперечного перерізу: Якщо елемент працює в умовах складного опору — згинальному моменті М і подовжній силі N, то сумарні напруження в з'єднанні: де Якщо елементи навантаженні поперечними силами, то в них виникають згинальні моменти М і поперечні сили Q. Напруження в зварних швах від Q визначають як: На рівні точки з координатами y = ymax варто перевірити результуючі напруження від M і Q. Результуючі напруження: Якщо одночасно мають місце М, N і Q, то в небезпечній точці сумарні напруження будуть:
|