Вопрос№2: Как назначаются допускаемые напряжения в сварных швах в машиностроении?

Ответ: Допускаемые напряжения являются частью некоторого предельного напряжения, возникновение которого в конструкции недопустимо. Для сварных конструкций в качестве предельного напряжения принимается предел текучести материала σ _T

[ σ ] = σ _T / n_о,

где n - коэффициент запаса прочности

Допускаемые напряжения для машиностроительных конструкций устанавливаются в зависимости:

• от свойств материала

• от степени точности расчета прочности

• от рода усилий (растяжение, сжатие, изгиб, срез)

• от качества технологического процесса

• от характера нагрузок

Допускаемые напряжения в сварных швах устанавливаются в зависимости от допускаемых напряжений основного материала с учетом подбора присадочного материала – электродов, электродной проволоки, флюсов. Это позволяет проектировать сварные соединения, равнопрочные основному материалу не определяя величины усилий, действующих на них. Кроме того, при конструировании соединений в этом случае нет необходимости учитывать переменные величины, влияющие на выбор коэффициента запаса прочности.

Вопрос№3 : Что такое основное допускаемое напряжение? Каковы его производные при различных способах сварки?

Ответ: За основное допускаемое напряжение обычно принимается допускаемое напряжение при [ σ ] _p. Допускаемые напряжения при других видах усилий определяются как производные от [ σ ] _{p .} В машиностроении для конструкций, работающих под статическими нагрузками допускаемые напряжения назначаются в зависимости от предела текучести [ σ ] _т и определяются отношением:

[ σ ] _{p =} σ _т. / n ,

где n – коэффициент запаса прочности n= 1.3…1.5

Допускаемые напряжения при других видах усилий определяются как производные от [ σ ] _{p .}

При сжатии коротких элементов допускаемое напряжение [ σ ]_сж. ₌ [ σ ] _p. При сжатии длинных элементов [ σ ]_{сж =}[ σ ]_p φ

φ – коэффициент продольного изгиба.

Допускаемые напряжения на изгиб для стальных конструкций принимаются равными [ σ ]_сж. ₌ [ σ ] _p

Допускаемые напряжения на срез определяются из соотношения

[τ] = (0.5…0.6) [σ] _p

Рекомендуемые допускаемые напряжения для сварных швов при различных видах сварки:

Род усилия	Тип шва	Технологический процесс сварки	Допускаемые напряжения
Растяжение	Стыковой	Дуговая, авт., п/авт., под флюсом в СО2 контактная, электро -контактная. Диффузионная.	[ σ ]p
Срез	Угловой	Дуговая, авт., п/авт., под флюсом в СО2	0.65 [ σ ]p
	Стыковой	Дуговая, авт., п/авт., под флюсом в СО2	0.65 [ σ ]p

Вопрос№4: Какие соединения являются наиболее предпочтительными?

Ответ: Стыковые соединения представляют собой наиболее совершенную форму сварных соединений, в которых концентрация напряжений невелика. Проверочный расчет стыковых соединений по допускаемым напряжениям производят определением напряжения в сварном шве и сравнением его с допускаемым.

Если элемент работает на растяжение, то допускаемое усилие в сварном стыковом соединении

N=(σ']_PSl_P.

При сжатии допускаемое усилие

N = (σ']_cжSl_p,

где:

[σ']_р и [σ']_сж - допускаемые напряжения растяжения и сжатия стыкового шва;

S - толщина основного металла, так как усиление шва не учитывается;

l_р - расчетная длина шва.

Вопрос №5: Когда сварной шов равнопрочен основному металлу?

Ответ: Если [σ]_р = [σ']_p, то сварной шов равнопрочен основному металлу. Если шов направлен под углом α к усилию (как правило, α = 45°), то проверка его прочности условно производится по формуле:

N=[τ']Sl_p,

где [τ'] - допускаемое напряжение среза металла шва.

Прочность прямого стыкового шва, продольная ось которого перпендикулярна действию сил, вызывающих напряжения растяжения или сжатия, при расчете по предельным состояниям проверяют по формуле

σ_р=N/F_ш≤R'm,

где N - расчетное усилие в соединении;

F_ш - расчетная площадь продольного сечения шва;

R' - расчетное сопротивление стыкового соединения;

m = 0,9...1,1 - коэффициент условий работы.

Когда на стыковое соединение действует изгибающий момент М, напряжения в сварном шве

σ_р= M/W_ш≤R'm.

При одновременном действии на стыковое соединение продольной силы N и изгибающего момента М прочность проверяют по неравенству

σ =N/F_ш + М/W_ш = N/Sl_р+6М/Sl_р² ≤ R' m,

где R' - расчетное сопротивление разрыву металла шва.

Вопрос№6 : Как проверить прочность угловых швов?

Ответ: Проверка прочности угловых швов заключается в сравнении напряжений, возникающих под действием приложенных к сварному соединению усилий, с соответствующими нормативными расчетными сопротивлениями и коэффициентами условий работы. При этом сравнивать можно как по напряжениям, возникающим в металле шва, так и по напряжениям в металле участка сплавления.

При действии на угловые швы (лобовые и фланговые) продольной или поперечной силы прочность их проверяют на условный срез

τ_ш = N/nβF_ш ≤ R'y m,

где п - число швов в соединении;

β - коэффициент, который характеризует вид сварки, положение шва и толщину свариваемых деталей;

R'_y - расчетное сопротивление срезу углового шва.

Угловые соединения в связующих элементах расчету на прочность не подлежат.

Вопрос №7: Как определяется расчетное усилие сварного соединения при растяжении, сжатии, изгибе?

Ответ: Конструкции с равнопрочными сварными соединениями отвечают требованиям экономичности. Избыточная прочность сварного соединения по сравнению с основным металлом не улучшает условий ее эксплуатации. Недостаточная прочность сварного соединения снижает несущую способность всей конструкции и не позволяет полностью использовать рабочие сечения ее элементов. Поэтому из условия равнопрочности расчетные усилия соединения определяются:

при растяжении N = [ σ ]_p A

при сжатии N = [ σ ]_сж. A

при изгибе M = [ σ ]_сж W

[ σ ]_p - допускаемое напряжение при растяжении

[ σ ]_сж – допускаемое напряжение при сжатии

A – площадь поперечного сечения

W- момент сопротивления сечения

[ σ ]_сж = [ σ ]_p - если нет опасности потери устойчивости. При расчете на устойчивость допускаемое напряжение определяется в зависимости от гибкости.

[ σ ]_сж = φ [ σ ] _p

φ ≤ 1 коэффициент продольного изгиба

Вопрос №8: В каких соединениях возникает наибольшая концентрация напряжений?

Ответ: Наибольшая концентрация напряжений имеет место в нахлесточных соединениях, а также при приварке усиливающих элементов непосредственно к сварному узлу. Такие сварные узлы в большей степени подвержены усталостным разрушениям.

Специальный расчет прочности стыков, сваренных контактной сваркой и работающих при статической нагрузке, не производится. Прочность стыка обеспечивается прочностью самого элемента.

Проверка выносливости сварных соединений производится по формуле

σ_max≤ α R_v γ_v,

где:

α - коэффициент учета числа циклов;

R_v - расчетное сопротивление усталости;

γ_v - коэффициент, зависящий от алгебраического знака наибольшего по абсолютному значению напряжения.

Вопрос№9: Какое воздействие на конструкцию оказывает цикличность нагружения ?

Ответ:Современные методы расчета прочности деталей ос­нованы на гипотезах непрерывности, однородности и изо­тропности материала. В действительности распределение усилий между зернами металла происходит неравномерно В некоторых зернах могут иметь место значительные пластические деформации, в результате чего образуются микротрещины. При переменных нагрузках они имеют тенденцию развиваться: сначала развитие трещин про­исходит очень медленно, далее ускоряется, а на последнем этапе происходит внезапное разрушение. При этом местные напряжения оказываются опасными для прочности не только хрупких, но и пластичных металлов.

Прочность при переменных нагрузках зависит главным образом от числа циклов нагружений, амплитуды изме­нения напряжения, материала, состояния поверхности, вида нагружения (изгиб, кручение), свойств среды

Усталостное разрушение — это результат постепенного раз­вития микродефектов в материале.

Предел выносливости зависит в значительной степени от характеристики цикла. Цикл — совокупность всех значений напряжений за время одного периода нагружения.

Отношение r=σ_min/σ_max называют коэффициентом ам­плитуды или характеристикой цикла, где σ_тах и σ_min — соответственно наибольшее и наименьшее напряжения цикла по абсолютной величине.

Пределы выносливости, определенные при симметричном цикле, обозначаются σ _-1; при отнулевом — σ₀; при про­извольном — σ_r. Наибольшее значение имеют пределы выносливости при испытаниях на изгиб, несколько мень­шее — при осевом нагружении и наименьшее — при кру­чении. Характер изменения напряжений по времени бы­вает различным: как синусоидальным так и другой формы