§ 7. Распределение усилий в точечных соединениях, сваренных контактным способом

В точечных соединениях возникает концентрация напряже­ний, обусловленная рядом факторов.

1. В результате сгущения силовых линий основной металл испытывает концентрацию напряжений в надточечной зоне (рис. 5-15). Интенсивность сгущения определяет концентрацию. Она растет с ростов! отношения шага t (расстояние между точ­ками в направлении, перпендикулярном действию силы) к диа­метру точки d (рис. 5-15, а). Расчетом установлено, что коэффи­циент концентрации напряжений К? в этом соединении находит­ся в пределах

0,62 tjd < /Ст, < t'.d

и может вычисляться по приближенной формуле

K_h = 0.38 + 0,62 tjd. (5.22)

На рис. 5-15,6 показана эпюра распределения о в продоль­ном сечении соединения. Максимального значения напряжение достигает в сечении О—О.

127

Усилия в отдельных точках соединения, расположенных в продольном ряду, при их работе в упругой области при усло­вии, что поперечные сечения соединяемых элементов Fi=F₂ вы-а) о

Рис. 5-15. Распределение напряжений в точечных соединениях:

а) общий вид; б) распределение з в продольном сече­нии; в) распределение ^ по толщине элемента лозле точки; г) изгиб точечного соединения; д. a, ж) приме­ры соединений с тремя, четырьмя и пятью точками

числяются по следующим формулам:

при числе точек в ряду i = 3 усилия в 'крайних точках

{рис. 5-15, д)

р - р ^ - ^{т J}- ^l p

Г_{ — Г";, -- _l)m , ^ Г,

в средней точке

Р₉ = Р

2т i-3

1 Ъп + 3

(5-23) (5.24)

128

при числе точек в ряду г = 4 усилия в крайних точках (рис. 5-15, е)

(5.25)

р ^ р _ 2mA-] _p.

при числе точек в ряду г —5 усилия в крайних точках (рис. 5-15, ж)

р .- р _ ^2mS + ^4m -^;~ ^] - р

Б средней точке

Я₃ =

4т- ■■■;- Ют Н~ ^

т -[-- 1 4/я² + 10m-!- 5

1

Р.

Р.

4т- -; Ют + 5

где Я —усилия в соединении;

/ — расстояние между точками в продольном шве; s — толщина соединяемых элементов;

где

(5.26) (5,27)

(5.27')

1

0,53 (In b d -0,46)'

(5.27")

Ь—ширина образца; d— диаметр точки.

Относительные значения усилий сварных точек в продольном ряду даны ниже.

Примем, что расстояние между точками t—3d, ширина об­разца (шаг поперечного ряда) также b~3d; ;=2,95 подсчитан по формуле (5.27").

При этих условиях распределение усилий между точками в продольном ряду, подсчитанных по формулам (5.23) -:- (5,27), даны в табл. 5.1.

Т a G л и ц а 5.1

Распределение усилий

Номера	Число	точек в продольном ряду
точек	3	4	5
1	0,444 Р	0,436 Р	0,435 Р
2	0,112 Р	0,064 Р	0,058 Р
о	0,444 Р	0,06* Р	0,014 Р
4		. 0,436 Р	0,053 Р
5			0,435 Р

9 Н23

Крайние точки оказываются сильно перегруженными, сред­ние—недогруженными. С увеличением количества точек в про­дольном ряду коэффициент перегрузки возрастает. Как видно из таблицы, увеличение числа точек в продольном ряду сущест­венно не .меняет усилия, воспринимаемого крайними точками. Подобное явление имеет место при работе в пределах упру­гости. За пределами текучести наступает значительное выравни­вание усилии.

2. В соединении возникает изгиб, как показано на рис. 5-15, в, г, который вызывает дополнительное напряжение из­гиба се_!1>г , вычисляемое по формуле

^ (5.28)

1 -

тУ¥

где сто—напряжение в основном металле соединения. Если принять со/Я —0,001, то

1 - 0,055 rf/s'

(5.29)

при d/s = 3 а_)|ЗГ=2,6о-₀ уменьшает свою величину с уменьшением толщины соединяемых деталей s.

При учете указанных концентраторов максимальное расчет­ное напряжение в элементах, соединяемых точкой, для типовых соотношений размеров в зоне точки приближенно равно

<=тах = °нзг Кт, ■ (5.30)

Все приведенные соотношения выведены в предположении ра­боты соединений в пределах упругих деформаций.

Условные способы расчета точек, изложенные в главе IV, не дают действительного представления о полях напряжений в околошовных зонах в пределах упругости. В действительности, сварная точка испытывает напряжения в пределах упругих де­формаций во много раз больше расчетных. Этим и объясняется низкая прочность точек при работе под переменными нагруз­ками.

При статических нагрузках, за пределом упругих деформа­ций, концентрация напряжений в значительной степени смягчает­ся, и величины разрушающих усилий, найденные опытным путем, незначительно отличаются от расчетных.

Распределение напряжений в зоне концентраторов следует распределению гидродинамических потоков. Па рис. 5-16, а пока­заны концентраторы, образуемые в лобовом шве, на

рис. 5-16, б —в стыковом, на рис. 5-16,6 —вдоль флангового ■ива, на рис. 5-16, г — в месте резкого изменения ширины растя-

Рис. 5-16. Распределение силовых потоков ц напря­жений а и т в зоне концентраторов:

а) „-;обовые шаы; и) стыковыг швы; в) флачгоаме озы; г) при ушнрении растянутых лемецго!.

.-нваемого элемента. Эпюры нормальных напряжении и и каса­тельных г изображены залитыми.