Прочность сварных соединений
.pdf
що з погляду розрахунку міцності напрямок моменту значення не має, змінюється лише положення небезпечної точки.
2. Геометричні характеристики розрахункового перерізу (див. рис. 2.2.7,б) наступні:
положення ЦВ перерізу – посередині довжини; площа перерізу F = FQ = 2 0,7kl;
осьовий момент інерції Ix |
= |
2 0,7kl |
3 |
|
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
12 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
момент опору W |
|
= |
I |
x |
2 |
= |
|
0,7kl |
2 |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
x |
|
l |
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
3. Складові напружень такі: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
від осьового навантаження τ |
= |
P |
= |
|
T sin α |
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Р |
|
F |
|
|
|
2 0,7kl |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
від поперечного навантаження τQ = |
|
|
Q |
= |
T cosα |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
; |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
F |
2 0,7kl |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Q |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
від згинального моменту |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
l |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
l |
|
− cos α h |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
3 |
|
T sin α |
|
|
− c − T cos α h |
|
|
3T |
|
sin |
α |
|
− c |
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
τ |
|
= |
M |
= |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
. |
||||
M |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
0,7kl2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,7kl2 |
|
|
|
||||||||||||||
|
Wx |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
Результуючі напруження (з урахуванням взаємного напрямку складових)
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
τрез = |
2 |
2 |
= |
T sin α |
||
(τР + τM ) |
+ τQ |
|
2 |
0,7kl |
||
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3T sin α
+
l |
|
− cos α h |
|
|
|
− c |
|
|
|||
2 |
|
|
|
0,7kl2
2 |
|
|
|
|
|
T cos α |
2 |
|
= |
||
|
+ |
|
|
|
|
2 0,7kl |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
T |
2 0,7kl |
|
6 |
|
l |
|
|
|
|||
sin α + |
|
sin α |
|
|
|
l |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
− cos α h |
− c |
|
|
|
2 |
|
2 |
|
|
+ cos |
α . |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
4. Допустимі напруження |
′ |
′ |
] = 0,65 |
σT |
= 0,65 |
240 |
=104 |
МПа. |
|
|
|||||||
|
[τ |
] = 0,65[σ |
kз |
1,5 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
5. Умова міцності
T |
|
6 |
|
l |
|
|
|
||||
2 0,7kl |
sin α + |
l |
sin α |
2 |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
− cos α h |
− c |
|
|
|
2 |
|
|
′ |
|
+ cos |
2 |
|
|
|
α ≤ [τ ] |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
91
або, після підстановки числових значень,
|
|
−3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
75 |
10 |
6 |
|
0,15 |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
+ cos2 |
|
|
|||||
|
|
|
sin60o + |
|
|
sin60o |
|
− 0,03 |
|
− cos60o 0,05 |
|
60o |
≤ |
|
2 0,7 10−3 0,15 |
|
0,15 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
≤ 104 МПа.
Після обчислень маємо 108 ≤ 104. Максимальні напруження перевищують допустимі не більш, ніж на 5 %, тому вважаємо, що міцність з'єднання забезпечена.
6.Якщо збільшувати кут α, збільшиться вертикальна складова Р и зменшується горизонтальна Q. Аналіз виразу для результуючих напружень показує, що при куті 60° у напруженнях від згинального моменту переважає саме осьова складова (перший вираз в квадратних дужках). Тому зі збільшенням кута α
напруження від згину будуть збільшуватись, тоді як геометрична сума τР и τQ буде залишатися постійною. У такий спосіб результуючі напруження збільшаться й умова міцності не буде виконуватись.
При деякому зменшенні кута α картина буде зворотною. Складова τМ зменшиться, відповідно зменшаться і результуючі напруження. Запас міцності
збільшиться. Однак, якщо значно зменшувати кут α, складова τМ за модулем знову почне зростати і міцність зменшиться.
Очевидно, мінімальну величину результуючі напруження будуть мати за такого кута α, коли складова напружень від моментів перетвориться в нуль, тобто момент від осьової сили буде дорівнювати моментові від поперечної сили.
Задача оптимізації кута може бути вирішена і графічно. Для цього досить накреслити вузол у масштабі і знайти кут, під яким лінія дії сили натягу троса пройде через середину (ЦВ) шва.
7.Якщо збільшити силу натягу троса не змінюючи кут, результуючі напруження пропорційно зростуть (це видно з виразу для результуючих напружень) і умова міцності не виконається. Аналогічна картина буде і при зменшенні катета.
Атовщина обуха в умову міцності з'єднання не входить, тому міцність з'єднання за зміни товщини не змінюється. Однак, якщо мова йде про міцність вузла в цілому, варто враховувати можливість руйнування за основним металом. В останньому випадку міцність, природно, буде залежати від товщини.
2.2.9.Задачі для самостійної роботи
Задача 2.2.1. Обух зі сталі Ст3 (рис. 2.2.9) приварений без скосу крайки (T3) до плити і служить для закріплення троса. Розміри вузла: b = 150 мм, h = 150 мм, s = 8 мм, катет k = 5 мм, кут нахилу троса α = 30°.
1.Визначте допустиму силу натягу троса Т.
2.Як зміниться допустима сила, якщо збільшити кут α?
3.Як зміниться допустима сила, якщо збільшити товщину обуха s?
92
Задача 2.2.2. Обух зі сталі Ст3 (див. рис. 2.2.9) приварений без скосу край- |
|||
ки (T3) до плити і служить для закріплення троса. Розміри вузла: b = 150 мм, |
|||
h = 150 мм, s = 8 мм, катет k = 5 мм, кут нахилу |
T |
|
|
|
|
||
троса α = 60°. |
α |
|
|
1. Визначте допустиму силу натягу троса Т. |
|
|
|
2. Як зміниться допустима сила, якщо змен- |
s |
h |
|
|
|||
шити кут α? |
|
||
|
|
||
3. Як зміниться допустима сила, якщо змен- |
|
|
|
шити товщину обуха s? |
b |
|
|
|
|
||
Задача 2.2.3. Обух зі сталі 10ХСНД (див. |
Рис. 2.2.9. Вертикальний |
||
рис. 2.2.9) приварений без скосу крайки (T3) до |
|||
симетричний обух |
|
||
|
|
||
плити і служить для закріплення троса. Розміри |
|
|
|
вузла: b = 200 мм, h = 150 мм, s = 10 мм, зусилля на тросі Т = 50 кН, кут нахилу |
|||
троса α = 30°. |
|
|
|
1. Визначте необхідний катет (або товщину) шва. |
|
|
|
2. Як зміниться необхідний катет, якщо збільшити кут α? |
|
||
3. Як зміниться необхідний катет, якщо збільшити розмір h? |
|
||
Задача 2.2.4. Обух зі сталі 10ХСНД (див. рис. 2.2.9) приварений без скосу |
|||
крайки (T3) до плити і служить для закріплення троса. Розміри вузла: b = 200 мм, |
|||
h = 150 мм, s = 10 мм, зусилля на тросі Т = 50 кН, кут нахилу троса α = 60°. |
|
||
1.Визначте необхідний катет (або товщину) шва.
2.Як зміниться необхідний катет, якщо зменшити кут α? 3.Як зміниться необхідний катет, якщо зменшити розмір h?
Задача 2.2.5. Обух зі сталі (див. рис. 2.2.9) приварений без скосу крайки (T3)
до плити і служить для закріплення троса. Розміри вузла: b = 200 мм, h = 150 мм, s = 10 мм, зусилля на тросі Т = 50 кН, кут нахилу троса α = 30°, катет шва k = 5 мм.
1.Визначте необхідний клас міцності сталі.
2.Як зміниться необхідний клас міцності сталі, якщо збільшити товщину s?
3.Як зміниться необхідний клас міцності сталі, якщо збільшити розмір b? Задача 2.2.6. Обух зі сталі Ст3 (див. рис. 2.2.9) приварений без скосу край-
ки (T3) до плити і служить для закріплення троса. Розміри вузла: b = 120 мм, |
|||
h = 120 мм, s = 12 мм, зусилля на тросі Т = 50 кН, кут нахилу троса α = 45°, катет |
|||
шва k = 6 мм. |
|
|
|
1. Перевірте міцність з'єднання. |
|
|
|
2. Чи буде забезпечена міцність з'єднання, |
|
|
|
якщо збільшити товщину s? |
h |
s |
|
3. Чи буде забезпечена міцність з'єднання, |
|
|
|
якщо збільшити кут α до 90°? |
|
α |
|
|
|
||
Задача2.2.7.Обухзісталі10ХСНД(рис.2.2.10) |
|
l |
|
|
|
||
приварений без скосу крайки (T3) до щогли і слу- |
|
T |
|
жить для закріплення троса. Розміри вузла: l = |
Рис. 2.2.10. Горизонтальний |
||
100 мм, h = 100 мм, s = 10 мм, α = 45°, T = 50 кН. |
|||
|
несиметричний обух |
||
|
|
||
|
|
93 |
|
1.Визначте необхідний катет (або товщину) шва.
2.Як зміниться необхідний катет, якщо збільшити розмір h?
3.Як зміниться необхідний катет, якщо збільшити розмір l?
Задача 2.2.8. Обух зі сталі 10ХСНД (див. рис. 2.2.10) приварений без скосу крайки (T3) до щогли і служить для закріплення троса. Розміри вузла: l = 200 мм, h = 100 мм, s = 10 мм, α = 30°, катет k = 5 мм.
1.Визначте допустиму силу натягу троса.
2.Як зміниться допустима сила, якщо зменшити кут α?
3.Як зміниться допустима сила, якщо збільшити розмір l?
Задача 2.2.9. Обух зі сталі 10ХСНД (див. рис. 2.2.10) приварений без скосу крайки (T3) до щогли і служить для закріплення троса. Розміри вузла: l = 200 мм, h = 100 мм, s = 10 мм, α = 15°, катет k = 5 мм.
1.Визначте допустиму силу натягу троса.
2.Як зміниться допустима сила, якщо збільшити кут α?
3.Як зміниться допустима сила, якщо зменшити розмір l?
Задача 2.2.10. Обух зі сталі (див. рис. 2.2.10) приварений без скосу крайки (T3) до щогли і служить для закріплення троса. Розміри вузла: l = 150 мм, h = 100 мм, s = 10 мм, α = 45°, катет k = 8 мм, Т = 30 кН.
1.Визначте необхідний клас міцності сталі.
2.Як зміниться необхідний клас міцності, якщо збільшити кут α?
3.Як зміниться необхідний клас міцності, якщо збільшити товщину s? Задача 2.2.11. Обух зі сталі (див. рис. 2.2.10) приварений без скосу край-
ки (T3) до щогли і служить для закріплення троса. Розміри вузла: l = 150 мм, h = 100 мм, s = 10 мм, α = 60°, катет k = 8 мм, Т = 30 кН.
1.Визначте необхідний клас міцності сталі.
2.Як зміниться необхідний клас міцності, якщо зменшити кут α?
3.Як зміниться необхідний клас міцності, якщо зменшити товщину s? Задача 2.2.12. Патрубок зі сталі Ст3 (рис. 2.2.11) приварений без скосу край-
ки (T3) до вертикальної плити. Розміри вузла: l = 300 мм, d = 150 мм, s = 10 мм, |
|||
α = 30°, Т = 50 кН. |
|
|
|
|
|
|
1. Визначте необхідний катет (або |
|
d |
|
товщину) шва. |
|
α |
s |
2. Як зміниться необхідний катет, |
|
|
||
|
|
якщо збільшити кут α? |
|
l |
T |
|
|
|
|
||
|
|
3. Як зміниться необхідний катет, |
|
|
|
|
|
Рис. 2.2.11. Патрубок |
|
якщо збільшити товщину s? |
|
|
|
||
|
|
|
Задача 2.2.13. Патрубок зі сталі |
Ст3 (див. рис. 2.2.11) приварений |
|
без скосу крайки (T3) до вертикальної плити. |
|
Розміри вузла: l = 350 мм, d = 200 мм, s = 10 мм, α = 30°, катет k = 5 мм. |
|||
1.Визначте допустиме значення сили Т.
2.Як зміниться допустиме значення сили, якщо збільшити кут α?
3.Як зміниться допустиме значення сили, якщо збільшити товщину s?
94
Задача 2.2.14. Патрубок зі сталі (див. рис. 2.2.11) приварений без скосу крайки (T3) до вертикальної плити. Розміри вузла: l = 400 мм, d = 200 мм, s = 8 мм,
α= 30°, катет k = 5 мм, Т = 50 кН.
1.Визначте необхідний клас міцності сталі.
2.Як зміниться необхідний клас міцності, якщо збільшити діаметр?
3.Як зміниться необхідний клас міцності, якщо збільшити товщину s? Задача 2.2.15. Патрубок зі сталі Ст3 (див. рис. 2.2.11) приварений без ско-
су крайки (T3) до вертикальної плити. Розміри вузла: l = 350 мм, d = 200 мм, s = 8 мм, α = 60°, катет k = 5 мм, Т = 50 кН.
1. Перевірте міцність з'єднання.
2. Чи буде забезпечена міцність з'єднання, якщо збільшити кут α?
3. Чи буде забезпечена міцність з'єднання, якщо зменшити товщину s? Задача 2.2.16. Обух зі сталі 09Г2 (рис. 2.2.12) приварений без скосу край-
ки (T3) до палуби і служить для закріплення троса. Розміри вузла: l = 150 мм,
h = 100 мм, s = 10 мм, α = 45°, b = c = 30 мм, |
T |
|
|
|
Т = 100 кН. |
α |
|
|
|
|
c |
|
||
1. Визначте необхідний катет (або товщи- |
|
|
||
ну) шва. |
b |
s |
h |
|
|
||||
2. Як зміниться необхідний катет, якщо |
|
|
|
|
збільшити кут α? |
|
|
|
|
3. Як зміниться необхідний катет, якщо |
|
l |
|
|
|
|
|
||
збільшити розмір l? |
|
|
|
|
Задача 2.2.17. Обух зі сталі 09Г2 (див. |
Рис.2.2.12. Вертикальний |
|||
несиметричний обух |
||||
рис. 2.2.12) приварений без скосу крайки (T3) |
||||
|
|
|
||
до палуби і служить для закріплення троса. Розміри вузла: l = 150 мм, h = 100 мм, s = 10 мм, a = 60°, b = c = 30 мм, Т = 100 кН.
1. Визначте необхідний катет (або товщину) шва.
2. Як зміниться необхідний катет, якщо зменшити кут α? 3. Як зміниться необхідний катет, якщо збільшити розмір l?
Задача 2.2.18. Обух зі сталі Ст3 (див. рис. 2.2.12) приварений без скосу крайки (T3) до палуби і служить для закріплення троса. Розміри вузла: l = 300 мм, h = 150 мм, s = 12 мм, α = 30°, b = c = 50 мм, катет k = 6 мм.
1.Визначте допустиму силу Т.
2.Як зміниться допустима сила, якщо збільшити кут α?
3.Як зміниться допустима сила, якщо збільшити товщину s?
Задача 2.2.19. Обух зі сталі Ст3 (див. рис. 2.2.12) приварений без скосу крайки (T3) до палуби і служить для закріплення троса. Розміри вузла: l = 300 мм, h = 150 мм, s = 12 мм, α = 60°, b = c = 50 мм, катет k = 6 мм.
1.Визначте допустиму силу Т.
2.Як зміниться допустима сила, якщо зменшити кут α?
3.Як зміниться допустима сила, якщо збільшити катет?
95
Задача 2.2.20. Обух зі сталі Ст3 (див. рис. 2.2.12) приварений без скосу крайки (T3) до палуби і служить для закріплення троса. Розміри вузла: l = 300 мм, h = 150 мм, s = 12 мм, α = 45°, b = c = 50 мм, катет k = 6 мм.
1.Визначте допустиму силу Т.
2.Як зміниться допустима сила, якщо зменшити кут α?
3.Як зміниться допустима сила, якщо збільшити довжину l?
Задача 2.2.21. Обух зі сталі (див. рис. 2.2.12) приварений без скосу крайки (T3) до палуби і служить для закріплення троса. Розміри вузла: l = 300 мм, h = 150 мм, s = 12 мм, α = 45°, b = c = 50 мм, катет k = 5 мм, Т = 300 кН.
1.Визначите необхідний клас міцності стали.
2.Як зміниться необхідний клас міцності, якщо збільшити кут α?
3.Як зміниться необхідний клас міцності, якщо збільшити висоту h? Задача 2.2.22. Обух зі сталі (рис. 2.2.13) приварений без скосу крайки (T3)
до палуби і служить для закріплення троса. Розміри вузла: l = 300 мм, h = 100 мм,
T |
|
s = 12 мм, α = 30°, b = 50 мм, катет k = 5 мм, |
α |
|
Т = 250 кН. |
|
|
1. Визначте необхідний клас міцності сталі. |
b |
s |
2. Як зміниться необхідний клас міцності, |
h |
якщо збільшити кут α?
|
|
l |
3. Як зміниться необхідний клас міцності, |
||
|
|
якщо збільшити висоту h? |
|||
|
|
|
|
|
|
Рис. 2.2.13. Несиметричний |
Задача 2.2.23. Обух зі сталі 09Г2 (див. |
||||
|
|||||
вертикальний обух |
рис. 2.2.13) приварений без скосу крайки (T3) |
||||
|
|||||
|
|
|
|
|
до палуби і служить для закріплення троса. Роз- |
міри вузла: l = 250 мм, h = 100 мм, s = 12 мм, α = 45°, b = 75 мм, катет k = 6 мм.
1.Визначте допустиму силу Т.
2.Як зміниться допустима сила, якщо збільшити товщину s?
3.Як зміниться допустима сила, якщо збільшити висоту h?
Задача 2.2.24. Обух зі сталі Ст3 (див. рис. 2.2.13) приварений без скосу крайки (T3) до палуби і служить для закріплення троса. Розміри вузла: l = 250 мм, h = 100 мм, s = 10 мм, α = 30°, b = 50 мм, Т = 150 кН.
1.Визначте необхідний катет (або товщину) шва.
2.Як зміниться необхідний катет, якщо збільшити розмір l?
3.Як зміниться необхідний катет, якщо збільшити висоту h?
2.2.10. Контрольні питання
1.Допустиме осьове навантаження у тавровому з'єднанні обуха без скосу крайки (T3) дорівнює Р. Яке навантаження витримає з'єднання, якщо збільшити висоту обуха в 2 рази?
2.Допустиме осьове навантаження у тавровому з'єднанні обуха без скосу крайки (T3) дорівнює Р. Яке навантаження витримає з'єднання, якщо збільшити ширину обуха в 2 рази?
96
3.Допустиме осьове навантаження у тавровому з'єднанні обуха без скосу крайки (T3) дорівнює Р. Яке навантаження витримає з'єднання, якщо збільшити катет у 2 рази?
4.Допустиме осьове навантаження у тавровому з'єднанні обуха без скосу крайки (T3) дорівнює Р. Яке навантаження витримає з'єднання, якщо збільшити товщину обуха в 2 рази?
5.Допустиме осьове навантаження у тавровому з'єднанні обуха без скосу крайки (T3) дорівнює Р. Яке навантаження витримає з'єднання, якщо зменшити висоту обуха в 2 рази?
6.Допустиме осьове навантаження у тавровому з'єднанні обуха без скосу крайки (T3) дорівнює Р. Яке навантаження витримає з'єднання, якщо зменшити ширину обуха в 2 рази?
7.Допустиме осьове навантаження у тавровому з'єднанні обуха без скосу крайки (T3) дорівнює Р. Яке навантаження витримає з'єднання, якщо зменшити катет у 2 рази?
8.На яке навантаження може працювати таврове з'єднання?
9.На які напруження розраховується таврове з'єднання Т3 під час роботи на осьове навантаження?
10.На які напруження розраховується таврове з'єднання Т3 під час роботи на поперечне навантаження?
11.На які напруження розраховується таврове з'єднання Т3 під час роботи на згинальний момент?
12.На які напруження розраховується таврове з'єднання Т3 під час роботи на крутний момент?
13.Чому дорівнюють результуючі напруження в тавровому з'єднанні Т3 у разі одночасної дії осьової сили і згинального моменту?
14.Чому дорівнюють результуючі напруження в тавровому з'єднанні Т3 у разі одночасної дії поперечної сили і згинального моменту?
15.Чому дорівнюють результуючі напруження в тавровому з'єднанні Т3 у разі одночасної дії осьової і поперечної сил та згинального моменту?
16.Чому дорівнюють результуючі напруження в тавровому з'єднанні Т3 у разі одночасної дії осьової сили і крутного моменту?
17.Чому дорівнюють результуючі напруження в тавровому з'єднанні Т3 у разі одночасної дії поперечної сили і крутного моменту?
18.Чому дорівнюють результуючі напруження в тавровому з'єднанні Т3 у разі одночасної дії згинального і крутного моментів?
19.Чому дорівнюють результуючі напруження в тавровому з'єднанні Т3 у разі одночасної дії осьової і поперечної сил, згинального і крутного моментів?
97
2.3. Розрахунок міцності і проектування таврових з'єднань зі скосом крайки
2.3.1. Загальна характеристика з'єднання
Таврові з'єднання зі скосом крайки застосовуються зазвичай для важконавантажених робочих з'єднань. Скіс крайок у цьому випадку виконується з метою гарантування проплавлення за всією товщиною елемента, що приварюється. Це особливо важливо, якщо необхідно зменшити ступінь концентрації напружень, наприклад, якщо з'єднання працює під дією циклічного навантаження.
Усі параметри підготовки крайки (кут скосу, притуплення) і розміри шва після зварювання установлюються відповідними стандартами на основні типи, конструктивні елементи і розміри в залежності від товщини деталі, що притикається.
Якщо з'єднання виконане зі скосом крайок, наплавлений метал рівноміцний з основним і під час проектування виконаний розрахунок самої конструкції за основним металом, то розрахунок міцності таврового з'єднання можна не виконувати. У тих випадках, коли рівноміцність не може бути досягнута за об'єктивних причин, необхідно зробити розрахунок міцності з'єднання на достатню міцність.
2.3.2. Розрахунковий переріз з'єднання зі скосом крайок
Форма і розміри розрахункового перерізу такого з'єднання у розрахунках його міцності визначаються виходячи з наступних основних принципів. У розрахунковий переріз, як правило, включається вся довжина шва. Товщина розрахункового перерізу дорівнює товщині металу приварного елемента, тобто а = s. Опуклість такого шва в розрахунковий переріз не включається. На рис. 2.3.1 показані при-
1 |
|
1 |
|
|
|
|
|
s |
|
|
|
|
b |
а |
|
|
|
|
|
|
|
bn |
|
|
1 |
|
1 |
sп |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
sb |
б |
|
|
|
hb |
|
3 |
|
3 |
|
|
1 |
D |
1 |
s |
|
2 |
|
|
2 |
в |
Рис. 2.3.1. Приклади розрахункових перерізів таврових з'єднань пластини (а), балки (б) і труби (в)
98
клади розрахункових перерізів таврових з'єднань зі скосом крайки (з повним проплавленням). Як видно з рисунку, форма і розміри розрахункового перерізу такого з'єднання цілком збігаються з перерізом приварного елемента. Тому розрахунок міцності таврового з'єднання зі скосом крайки виконується так само, як
істикового з'єднання.
2.3.3.Розрахунок зварного з'єднання у разі дії подовжнього (осьового) навантаження
У разі дії осьового навантаження Р розрахунок ведеться на нормальні напруження σр, що приймаються рівномірно розподіленими за всією площею розрахун-
кового перерізу. Величина цих напружень визначається виразом σр = Р , де
Fшв
Fшв – площа розрахункового перерізу з'єднання. Для з'єднання пластини (див. рис. 2.3.1,а) Fшв = sb, для з'єднання таврової балки (див. рис. 2.3.1,б) Fшв = snbn + + sbhb, для з'єднання труби (див. рис. 2.3.1,в) Fшв = πDs.
Якщо в з'єднанні діє тільки осьова сила Р, то розраховані напруження порівнюються з допустимими [σ']p, тобто
σр = P ≤ [σ′]p .
F
2.3.4. Розрахунок зварного з'єднання у разі дії згинальних моментів
У разі роботи на вигин під дією моменту М розподіл нормальних напружень σм за висотою перерізу приймається аналогічним основному металові, тобто за лінійним законом, з нулем у центрі ваги розрахункового перерізу зварного з'єднання (рис. 2.3.2).
σМ
уi
а
М
Рис. 2.3.2. Розподіл напружень за висотою розрахункових перерізів таврових з'єднань під час вигину пластини (а), таврової балки (б) і труби (в)
М |
σМ |
М
б
уmax
σМ
уmax
в
99
За такого розподілу величина напружень у будь-якій точці перерізу, що розташована на відстані yi від нейтральної осі, може бути знайдена за відомою формулою
σMi = М yi ,
Iшв
де Iшв – осьовий момент інерції розрахункового перерізу щодо осі, яка перпендикулярна площини дії згинаючого моменту.
Максимального значення ці напруження досягають у найбільш віддаленій точці на відстані умах від нейтральної осі
σМ = М ,
Wшв
де Wшв – момент опору розрахункового перерізу; .
Під дією лише згинаючого моменту напруження порівнюються з допустимими на розтяг в зварному з'єднанні
σM = M ≤ [σ′]p .
Wшв
2.3.5. Розрахунок зварного з'єднання у разі дії поперечного навантаження
У разі роботи на зріз під дією поперечного навантаження таврове з'єднання розраховується на дотичні напруження τQ, що приймаються рівномірно розподіленими за розрахунковим перерізом, що містить у собі тільки шви, рівнобіжні поперечному навантаженню, тобто вертикальні (рис. 2.3.3). Величина цих напру-
жень може бути знайдена за формулою |
Q |
|
τQ = F . |
||
|
|
Q |
|
b |
а |
|
s |
|
|
|
|
Q |
τQ |
|
D |
|
|
|
Рис. 2.3.3. Розподіл дотичних |
sb |
hb |
б |
напружень τQ за висотою роз- |
Q |
|
τQ |
рахункових перерізів під дією |
|
поперечного навантаження |
||
|
2s |
||
s |
|
таврових з'єднань двох пла- |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
стин (а), таврової балки (б) |
|
|
в |
і труби (в) |
|
|
|
|
Q |
|
τQ |
|
100