§ 2. Принципы расчета машиностроительных конструкций по допускаемым напряжениям

В машиностроении расчет прочности производят по допускае­мым напряжениям, которые устанавливаются в зависимости от следующих основных факторов:

1. от свойств материалов; при улучшении механических свойств допускаемое напряжение повышается;

2. от степени точности расчета прочности, чем точнее произ­водится расчет прочности и полнее учитываются нагрузки, дей­ствующие на конструкцию, тем меньше принимаемый коэффи­циент запаса прочности, а следовательно, выше допускаемое напряжение;

3. от рода усилий (растяжения, сжатия, изгиба и среза);

4) от качества технологического процесса; это обстоятельство имеет особенно большое значение при установлении допускае­мых напряжений в сварных соединениях;

5. от характера нагрузок; при переменных нагрузках допу­скаемое напряжение понижается по сравнению со статическими.

Допускаемые напряжения рассматриваются как фактор тех­нико-экономический. С развитием техники они непрерывно повы­шаются. Их определяют как частное от деления напряжения, условно принимаемого в качестве разрушающего, на коэффици­ент запаса прочности.

Допускаемое напряжение при растяжении [а]_р обычно назы­вают основным. Допускаемые напряжения при других видах усилий определяются как производные от [а]_р.

При сжатии коротких элементов, в которых продольный изгиб не может иметь места, допускаемое напряжение [а]_сж принима­ется равным [о]_р . При сжатии длинных элементов [ст],^ прини­мается равным [о]_рц>, где ср — коэффициент продольного изгиба, зависящий от гибкости сжатого элемента (см. гл. XVI «Стойки»),

При изгибе стальных конструкций допускаемые напряжения на изгиб принимаются равными [а]_р .

При срезе допускаемое напряжение принимается в зависимо­сти от теории прочности, положенной в расчет. Обычно допу­скаемое напряжение на срез [t]=0,5-^-0,6[o]_p.

Как правило, при статических нагрузках допускаемое напря­жение [а]_р = ~^,где^ч/( — коэффициент запаса прочности, прини­маемый обычно равным 1,4— 1,6. При динамических переменных

3 823 33

нагрузках вместо о_т принимают величину предела выносливо­сти. При этом учитывают также величину эффективных коэффи­циентов концентрации (см. гл. X).

§ 3. Расчетные сопротивления и допускаемые напряжения при расчете прочности сварных соединений в стальных конструкциях

При проектировании сварных соединений в металлических конструкциях применяют два способа.

Первый способ. Расчетные сопротивления в сварных швах заданы цифровыми значениями. Этот способ применяют при расчете прочности сварных соединений строительных кон­струкций.

Значения расчетных сопротивлений сварных швов, выполнен­ных автоматической, полуавтоматической и ручной сварками. приведены в табл. 4.2.

Таблица 4.2 Расчетные сопротивления сварных швов

	Род усилий	Условное обозначе­ние	Расчетные сопротивления, кПмм*
Сварное			Марки свариваемых сталей
соедини {we			Ст. Л	14Г2 15КСИД	10ХСНД
Встык То же » Угловое	Сжатие Растяжение при; сварке автоматиче-- скон полуавтоматиче­ской ручной с повышенным спо­собом контроля * сварке полуавто­матической и руч­ной с обычным контролем Срез Сжатие, растяжение, срез	А>ссв pl'ft К™	21 21 .18 33 15	29 29 25 17 20	34 34 29 20 24

*К повышенным способам контроля относится: просвечивание гамма-лучами, контроль ультразвуком и i. ".

Второй способ. Допускаемые напряжения в сварных швах определяются в процентах от допускаемых напряжений

34

в основном металле. Такой прием определения допускаемых на­пряжений применяют в различных областях машиностроения. Удобство этого приема состоит в следующем: во-первых, можно конструировать сварные соединения равнопрочными целому элементу, не производя определения величины усилий, действу­ющих в них; во-вторых, при конструировании соединений нет необходимости учитывать многие переменные величины, влияю­щие на выбор коэффициентов запаса прочности разрабатывае­мой конструкции (степень точности расчета и т. п.).

С технологической стороны такой способ установления допу­скаемых напряжений в сварных соединениях вполне оправдан, так как при сварке автоматом под флюсом, в среде защитных газов, контактным способом и в других случаях механические свойства швов зависят в значительной степени от механических свойств основного металла.

Наиболее существенными факторами, влияющими на меха­нические свойства швов, а следовательно, и на величины допу­скаемых напряжений в них являются качество выполнения и вид технологического процесса сварки.

Сварные соединения углеродистых сталей, выполненные ду­говой сваркой, по определению допускаемых напряжений целе­сообразно разделить на две группы.

К первой группе относятся соединения, сваренные автомата­ми и полуавтоматами под слоем флюса, в среде защитного газа, а также вручную электродами типа Э42А и Э50А. Ко второй группе относятся соединения, сваренные электродами обычного качества, например Э42 и Э50.

В табл. 4.3 приведены допускаемые напряжения в швах. Эти­ми данными' пользуются при определении допускаемых напря­жений в швах соединений деталей из мало- и срсднеуглероди-стых конструкционных сталей и некоторых низколегированных конструкционных сталей, например, 14ХГС, 15ГС, 15ХСНД, 09Г2, 19Г и др.

Таблица 4.3

Допускаемые напряжения для сварных швов

	Допускаемые напряжения в и:пи\ при
Группа соединений	растяжении сжатии		с роле
	Ир 0,9 Ир	Ир Ир	0,65 [z] р 0,6 ftp

При сварке малоуглеродистой стали марки Ст. 3, для кото­рой допускаемое напряжение {а]_р = 16 кГ/мм², допускаемые па-пряжения в швах, выполненных автоматической сваркой

35

и электродами Э42А, будут следующие: [а%= 16 кГ/мм²;[а^г]_см = — )6 кГ/мм²; [t']=10 кГ/мм²; с электродами Э42 — [а] — = 14,4 кГ/мм²; [о-']_сж = 16 кГ/мм**, [т']=9,6 кГ/мм²; где [тЧ — допускаемое напряжение в шве при срезе,

При стыковой контактной сварке, а также при стыковой свар­ке трением и холодным способом, а в некоторых случаях при газопрессовой могут быть приняты те же допускаемые напря­жения, что н в стыковых соединениях при сварке дуговым мето­дом, при условии, если технологический процесс отработан и по­зволяет получить стабильные высокие механические свойства.

Для соединений, выполняемых контактной точечной и роли-копой сваркой, допускаемые напряжения при срезе в точке уста­навливаются в зависимости от свойств металла и отработки технологического процесса. В точках и олвах допускаемые напря­жения при срезе для малоуглеродистых и некоторых низколеги­рованных сталей могут быть приняты -< 0,5 от допускаемых на­пряжений [а]_р в основном металле. Расчет на переменные на­грузки см. гл. X.