Саратовский государственный технический университет

РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ

СТЕРЖНЕВЫХ СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Методические указания по выполнению курсовой работы

Саратов 2012

ВВЕДЕНИЕ

Цель работы - практическое освоение методов проектирования сварных конструкций (СК).

Методические указания базируются на материалах СНиПа [1]. Для освоения методов проектирования предлагается разработать простейшую сварную конструкцию, представляющую собой стержень, нагруженный двумя силами: поперечной и сжимающей внецентренной продольной (рис.1). Такая конструкция широко применяется в строительстве, в машиностроении и в других отраслях производства в виде отдельного изделия и в виде элемента рамы или фермы.

В курсовой работе предполагается проводить расчёт СК на выносливость, прочность сварных швов и устойчивость сжатых элементов.

В зависимости от соотношения сил и создаваемых ими моментов стержень работает как стойка (на сжатие), либо как балка (на изгиб), что требует расчета СК по формулам на прочность и жесткость [1].

Задача состоит в разработке рациональной конструкции, обеспечивающей прочность и жесткость при наименьших массе и стоимости. Для ее успешного решения необходимо ясное представление о том, какие параметры конструкции подлежат выбору в процессе проектирования и как этот выбор влияет, с одной стороны, на прочность, устойчивость и жесткость, а с другой – на массу и стоимость. Как правило, проектировщик имеет возможность выбора:

• типа поперечного сечения (сплошного или составного из двух или четырех ветвей);

- вида заготовок (листов, гнутых или прокатных профилей);

- марки стали или сплава;

- размеров элементов сечения и расстояний между ними;

- способа соединения элементов сечения (стыковыми или угловыми швами, непосредственно или через промежуточные элементы);

- конструктивного оформления сварных узлов.

.

Рис. 1. Схема приложения сил к стержневой конструкции

1. Исходные данные

Стержневая конструкция (см. рис.1) одним концом жестко прикреплена к стенке, нагружена продольной силой P_z и поперечной Q_y (x,y - главные оси поперечного сечения, z – продольная ось). Сила P_z приложена внецентренно, с эксцентриситетами e_x и e_y (e_y > 0 при приложении силы P_z ниже центра сечения). Значения силы P_z для разных вариантов задания приведены в табл.1, значения силы Q_y и эксцентриситетов - в табл. 2.

Таблица 1

Варианты	Pz,кН
1-9	100
10-18	300
19-27	200

Таблица 2

Варианты	Qy/Pz	ey, мм	ex, мм
1, 4, 7, 10, 13, 16, 19, 22, 25	0,4	300	0
2, 5, 8, 11, 14, 17, 20, 23, 26	0,5	400	0
3, 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24, 27	0	800	200

Предлагаемые типы поперечных сечений для разных вариантов задания приведены на рис.2 и в табл.3. Поперечное сечение ограничено габаритами h_max и b_max, значения которых для двух подвариантов приведены в табл.4. Длина стержня L=2 м. Материал - сталь ВСтЗсп. Нагрузка циклическая, пульсирующая (с коэффициентом асимметрии цикла ρ=0), число циклов за срок службы n=10⁶. При работе на выносливость наибольшую концентрацию напряжений создают угловые швы, присоединяющие конструкцию к стенке (6-я группа по СНиП). Максимальное поперечное перемещение свободного конца при расчете на жесткость f=L/100=20 мм.

Рис. 2. Типы поперечных сечений: ДТ - двутавровое сварное; К - коробчатое сварное; 2Ш - два швеллера (сварных или прокатных);4У - четыре уголка (прокатных)

Таблица 3

Варианты	Тип сечения
	стойки	Балки
1, 3, 7, 8,14,17,19, 20, 22	К	2Ш
2, 4,11,12,13,15,21,24, 27	2Ш	К
5, 6, 9,10,16,18, 23, 25,26	К	2Ш

Таблица 4

Подвариант	hmax, мм	bmax, мм
А	450	300
Б	240	150

II. Задания

Задание 1

а) Построить эпюры изгибающих моментов и поперечных сил. Определить относительные эксцентриситеты приложенной нагрузки согласно СНиП и по их значениям установить, работает конструкция как балка или как стойка. В зависимости от этого выбрать тип поперечного сечения по табл. 3.

б) Подобрать размеры сечения, обеспечивающие прочность, устойчивость и жесткость конструкции при наименьшей массе. Определить массу конструкции, включая соединительные планки и ребра жесткости.

в) Подобрать размеры сечения с габаритами h_max и b_max,для подварианта А в 1,5 раза меньшими, а для подварианта Б в1,5 раза большими, чем заданные в табл. 4. Сопоставить массу двух вариантов конструкции.

Задание 2

а) Спроектировать сварной узел, обеспечивающий прикрепление стержневой конструкции. Проверить прочность всех сварных швов.

б) Определить массу наплавленного металла.

в) Вычертить конструкцию в масштабе, в трех проекциях, с указанием размеров, с необходимыми разрезами и сечениями.