Расчет лобовых швов

Напряженное состояние лобового шва неоднородно. По методу, применяемому в инженерной практике лобовые швы рассчитывают по касательным напряжениям τ.За расчетное сечение принимают, также, сечение по биссектрисе m-m:

τ=F/(0,7KL) ≤ [τ^/].

Рисунок 7 - Лобовые швы

Если соединение нагружено моментом, то напряжения по торцу полосы, распределяется, как нормальное напряжение в поперечном сечении балки при изгибе. При условном расчете лобовых швов по касательному напряжению, имеем:

τ=Т/W= 6T/(0,7kb²) ≤ [τ^/].

Рисунок 8 - Соединение лобовым швом нагружено моментом

Расчет комбинированных швов

Комбинированные соединения лобовыми и фланговыми швами одновременно рассчитывают на основе принципа распределения нагрузки пропорционально несущей способности отдельных швов. При действии растягивающей силы F

τ_F=F/[0,7k(2l_ф+l_л)] ≤ [τ^/].

Рисунок 9 - Комбинированные соединения лобовыми и фланговыми швами

В случае нагружения соединения моментом, полагают, что Т=Т_ф+Т_л, и за расчетное выбирают сечение в месте пересечения лобового и флангового швов, где τ_ф=τ_л.

τ_T=Т/(0,7kl_фl_л +0,7k l²_л/6) ≤ [τ^/].

Рисунок 10 - Комбинированное соединение нагружено моментом и силой

При совместном действии силы и момента

τ = τ_Т +τ_F ≤ [τ^/].

Тавровое соединение

Тавровое соединение выполняется при взаимно перпендикулярном расположении соединяемых элементов. Это соединение выполняют стыковыми или угловыми швами. При нагружении изгибающим моментом и растягивающей силой прочность соединения определяют:

Рисунок 1 - Тавровое соединение

Для стыкового шва:

σ= 6М/(δl²) +F/( δl)≤ [σ ^/]

Для угловых швов

τ = 6М/(2l²0,7k) +F/( 2l0,7k)≤ [σ ^/]

При нагружении трубы крутящим и изгибающим моментами

от крутящего момента τ_Т=Т/W_ρ= 2T/(0,7kπd²)

от изгибающего момента τ_М=М/W= 4М/(0,7kπd²)

Суммарное напряжение

τ= ≤ [τ^/]

Рисунок 2 - Тавровое соединение трубы нагружено изгибающим и крутящим моментом

Прочность соединений и допускаемые напряжения

Прочность сварного соединения зависит от следующих основных факторов: качества основного материала и его способности к свариванию, конструкции соединения, способа сварки, характера действующих нагрузок.

Хорошо свариваются низко- и среднеуглеродистые стали. Высокоуглеродистые стали (чугуны и цветные сплавы) свариваются хуже.

Дефекты сварки:

- непровары;

- подрезы:

- шлаковые и газовые включения и т.п.

Влияние технологических дефектов сварки, усиливаются, при действии переменных и ударных нагрузок.

Меры повышения прочности сварных соединений:

- автоматическая сварка под флюсом и сварка в защитном газе;

- термообработка сваренной конструкции (отжиг);

- наклеп дробью и чеканка швов;

Допускаемые напряжения для сварных соединений [σ^/] и [τ^/] берутся из рекомендаций, в зависимости от вида сварки и допускаемых напряжений основного материала на растяжение.

При переменных нагрузках, допускаемые напряжения понижают умножением на коэффициент γ<1

γ= 1/[(0,6К_эф±0,2)- (0,6К_эф±0,2)R] ≤1,

Где R=σ_min/σ_max или τ_min/τ_max – коэффициент асимметрии цикла, К_эф – эффективный коэффициент концентрации напряжений. Верхние знаки – при растяжении, нижние – при сжатии.

Если получится γ≥1, принимают γ=1.

Дальнейший расчет выполняют по максимальному напряжению цикла, так, как если бы оно стало статическим.

Контрольные вопросы: 1. Каковы основные виды сварки в ма­шиностроении и в чем их сущность? 2. Что называют сварным швом? Назовите типы сварных швов. 3. Как рассчитывают стыковые сварные швы? 4. Как рас­считывают угловые, лобовые и фланговые, а также комбинированные сварные швы? 5. Как рассчитывают сварной шов, подверженный действию изгибающего момента? 6. Как рассчитывают сварные швы соединений, работающих на слож­ное сопротивление? 7. Как рассчитывают сварные швы при переменных нагруз­ках? 8. Как рассчитывают на прочность паяные соединения?