50. Объясните, как проводятся расчеты на прочность сварных соединений.
В зависимости от расположения свариваемых деталей различают следующие виды соединений: стыковые, нахлесточные, тавровые и угловые.
Стыковые соединения на прочность рассчитывают по номинальному сечению соединяемых элементов без учета утолщения швов. Для расчета швов используются те же зависимости, что и для целых элементов. Формулы для расчета:
1 – напряжения растяжения (сжатия); 2 – напряжения от изгибающего момента в плоскости соединяемых элементов; 3 – напряжение от изгибающего момента в плоскости соединяемых элементов и растягивающей (или сжимающей) силы.
Нахлесточные соединения, как правило, выполняют угловыми швами. Угловые швы по расположению относительно нагрузки разделяют на: поперечные или лобовые, расположенные перпендикулярно направлению силы; продольные или фланговые, расположенные параллельно направлению силы; косые, расположенные под углом к направлению силы; комбинированные, представляющие собой сочетание перечисленных швов. Разрушение угловых швов происходит по наименьшему сечению, совпадающему с биссектрисой прямого угла. Расчетная толщина шва s = k ∙ sin45o = 0,7k. Угловой шов испытывает сложное напряженное состояние. Однако в упрощенном расчете такой шов условно рассчитывают на срез:
Допускаемые напряжения зависят от величины допускаемого напряжения основного материала с учетом коэффициента прочности сварного соединения. В зависимости от способа сварки, качества и марки электродов φ = 0,6...1.
Угловые соединения рассчитывают только по касательным напряжениям независимо от их расположения к направлению нагрузки. Комбинированные соединения лобовыми и фланговыми швами рассчитывают на основе принципа распределения нагрузки пропорционально несущей способности отдельных швов. Если соединяемая деталь асимметрична, то расчет прочности производят с учетом нагрузки, воспринимаемой каждым швом.
При нагружении соединения с лобовым швом моментом сил в плоскости стыка:
Тавровые соединения, нагруженные изгибающим моментом, рассчитывают как консольные, но с учетом особенностей сварки. В случае приварки балки без скоса кромок, сварные швы, как и все угловые, рассчитывают по касательным напряжениям. Расчетный момент сопротивления выражается через параметры опасных сечений сварных швов:
Если балка приварена со скосом кромок, то швы рассчитывают по нормальным напряжениям.
51. Перечислите виды геометрических характеристик плоских сечений и дайте определение каждому из них.
Площадь сечения является одной из геометрических характеристик, используемых, главным образом, в расчетах на растяжение и сжатие. При расчетах на кручение, изгиб, а также на устойчивость используются более сложные геометрические характеристики: статические моменты, моменты инерции, моменты сопротивления и т.д. Для вычисления геометрических характеристик сложных сечений, состоящих из простейших фигур, они разбиваются на конечное число n простейших частей. Площадь всегда положительна и не зависит от выбора системы координат.
Статический момент плоского сечения относительно некоторой оси называется, взятая по всей его площади сумма произведений площадей элементарных площадок на их расстояния от этой оси. Знак зависит от расположения осей. Статические моменты площади сечения равны нулю (Sx = 0 и Sy = 0), если точка пересечения координатных осей совпадает с центром тяжести сечения. Ось, относительно которой статический момент равен, называется центральной. Точка пересечения центральных осей называется центром тяжести сечения.
Осевой момент инерции равен сумме произведений элементарных площадок на квадрат расстояния до соответствующей оси. Знак всегда «+». Принимает минимальное значение, когда точка пересечения координатных осей совпадает с центром тяжести сечения. Чем дальше площадь удалена от центральной оси, тем осевой момент инерции сечения больше. Жесткость конструкции повышается.
Полярный момент инерции сечения равен сумме осевых моментов. При повороте осей в любую сторону, один из осевых моментов инерции возрастает, а другой убывает (и наоборот). Сумма осевых моментов инерции остается величиной постоянной.
Центробежный момент инерции сечения равен сумме произведений элементарных площадок на расстояния до обеих осей. Знак «+» или «–». Таким образом для симметричных фигур центробежный момент инерции равен 0.
Координатные оси, проходящие через центр тяжести сечения, относительно которых центробежный момент равен нулю, называются главными центральными осями инерции сечения. Главными они называются потому, что центробежный момент относительно них равен нулю, а центральными – потому, что проходят через центр тяжести сечения.