Прочность сварных соединений
.pdf
уточнюється крок t = b . Якщо відомо розташування точок у ряді, то можна з m
умови міцності розрахувати необхідне число рядів р, що теж округляється до більшого цілого. Отримане число рядів точок не повинне виходити за межі 2...5.
Для перевірки міцності наявного з'єднання або для розв'язку інших задач, коли всі параметри з'єднання відомі, краще скористатися методом полярного моменту інерції, що дає більш достовірні результати. У цьому випадку умова міцності буде мати вигляд
|
Mrmax |
|
||
τрез = |
|
|
|
|
πd2 |
n |
|
||
|
4 |
∑ |
2 |
|
|
|
|
ri |
|
|
|
i=1 |
||
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
P |
|
|
|
|
Q |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
′ |
]. |
|||||
+ |
|
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
||||
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
πd |
|
|
πd |
2 |
|
≤ [τ |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
mp |
|
|
|
|
|
mp |
|
|
|
|
|
||
|
4 |
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2.5.7. Особливості роботи і розрахунку точкових з'єднань на відрив
На відрив точки працюють під дією навантаження, перпендикулярного площині з'єднання (рис. 2.5.6). При проектуванні точкових з'єднань варто пам'ятати, що на відрив вони працюють дуже погано, для них природною є робота на зріз у площині з'єднання. Однак, у разі потреби можна застосувати і з'єднання, що працює на відрив. У цьому випадку розрахунок має деякі особливості.
По перше, зусилля відриву сприймається лише рядами точок, ближче розташованими до цього зусилля. Тому в розрахунок включаються не всі точки робо-чого з'єднання, а лише завантажені (див. рис.
2.5.6).
По друге, можливі два типи руйнування завантажених точок – відривом за площиною з'єднання (площа
2 |
1 |
1 |
2 |
|
|
3 |
|
Рис. 2.5.6. Точкове з'єд- |
|
||
нання, що працює на відрив:
1 – завантажені точки робочого з'єднання; 2 – не завантажені точки робочого з'єднання; 3 – точки сполучного з'єднання
πd |
2 |
|
|
|
руйнування |
) і вириванням з де- |
|
|
|
4 |
|
а |
б |
|
талі (листа) |
меншої товщини за |
|
|
|
площею πdsmin |
(рис. 2.5.7). |
Рис. 2.5.7. Руйнування зварної точки |
||
відривом (а) і з вириванням |
||||
|
|
|||
основного металу (б)
131
По трете, допустимі напруження на відрив істотно нижчі, ніж при роботі на зріз, і складають усього 0,3 [σ].
З урахуванням зазначених особливостей при роботі на відрив необхідно перевірити дві умови міцності:
на відрив σ = |
|
P |
|
≤ [σ]відр = 0,3[σ]; |
|
|||
|
|
|
|
|
||||
n |
πd |
2 |
|
|||||
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
||
на виривання |
|
|
|
|
P |
] = 0,5...0,6[σ] |
, |
|
|
|
|
|
|
′ |
|||
τ = |
|
|
||||||
|
|
|
≤ [τ |
|
||||
nπdsmin
де п – кількість завантажених робочих точок у з'єднанні.
2.5.8. Особливості розрахунку поясних точкових з'єднань у балках
За допомогою точкового контактного зварювання виготовляються легкі балки зі штампованих і гнутих профілів (рис. 2.5.8).
2 |
2 |
2 |
2 |
|
|
1 |
|
1 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
2 |
Рис. 2.5.8. Перерізи балок із штампованих і гнутих профілів
Точки в таких профілях можуть бути сполучними (1) і робочими (2). На міцність розраховуються лише робочі точки. Максимальне зусилля зрізу, що передається з одного елемента профілю на іншій через робочі точки в межах одинич-
ної довжини, може бути визначене з формули Журавського T1 = QS , де Q – макси-
I
мальна перерізуюча сила в балці; S – статичний момент перерізу елемента, що прикріплюється робочими точками, відносно ЦВ усього перерізу балки; I – власний момент інерції всього перерізу балки відносно осі, перпендикулярної площині вигину.
Відповідно зусилля, що приходиться на довжину, яка дорівнює кроку рядів
робочих точок Tt = QS t . Це зусилля передається через п робочих точок (кількість
I
точок у ряді в межах одного кроку за довжиною балки), кожна площею зрізу πd 2 .
|
QSt |
4 |
|
Тоді умова міцності в точці τ = |
≤ [τ ]. За цією умовою можна перевірити |
||
πd2 |
|||
|
|
′ |
132 |
In |
|
|
|
|||
4 |
|||
|
|||
наявну балку або знайти необхідну кількість точок у ряді п, якщо балка проек- |
|||||||||||||||||
тується. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2.5.9. Приклад розрахунку точкового з'єднання |
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
Вушко зі сталі Ст3 (σT = 240 МПа) приварено контактним точковим зварю- |
||||||||||||||||
ванням (рис. 2.5.9). Розміри: b = 200 мм, с |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
= 50 мм, s1 = 3 мм, s2 = 2 мм. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
c |
T |
|||||
|
Спроектувати з'єднання з мінімальною |
|
|
|
b |
|
|
|
|
||||||||
довжиною напуску і рівноміцне основно- |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
му металу, прийнявши коефіцієнт запасу |
|
|
|
|
|
|
s2 |
|
|||||||||
міцності kз = 1,5. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
s1 |
|
|
|
|
|||
|
Розв'язок |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1. Визначимо допустиме зусилля з |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
умови міцності вушка з урахуванням ро- |
|
|
|
Рис. 2.5.9. З'єднання вушка |
|||||||||||||
боти його на розтяг силою Т (Р = Т) і ви- |
|
|
|
|
точковим контактним |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
зварюванням |
|
|
|
|
|
b |
− c |
|
T |
+ |
M |
≤ [σ], |
|
|
|
|
|
|
|
|
гин моментом М ( M = T |
|
): |
F |
W |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
F = bs |
|
= 200 2 10−6 |
= 4,0 10−4 |
|
|
W = |
s |
b2 |
= |
2 |
2002 |
= 0,133 1−4 |
|
|||
де |
2 |
м2; |
2 |
|
6 10−9 |
м2; |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
200 |
|
10 |
−3 |
= 5 10 |
−2 |
|
. |
|
M = T |
|
− 50 |
|
|
T |
|
||
|
|
|
|
|||||
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
Після підстановки в умову міцності, з урахуванням [σ] = 160 МПа, маємо
T |
5 10−2T |
; |
T ≤ |
160 |
= 256 10 |
− |
4 MH = 25,6 kH . |
||
|
+ |
|
≤160 |
|
|
||||
4 10−4 |
0,133 10−4 |
0,25 104 + 0,376 104 |
|
||||||
Таким чином, зварне з'єднання повинне розраховуватися на одночасну дію
|
b |
|
|
осьового навантаження Т = 25,6 кН і згинального моменту |
M = T |
|
− c . |
|
|||
|
|
2 |
|
2. З технологічних міркувань визначимо діаметр точок за мінімальною товщинорою: d = 1,2smin + 4 = 1,2 2 + 4 = 6,4 мм; округливши, приймемо d = 6 мм. Крок точок приймемо t = 3d = 3 6 = 18 мм. Тоді кількість точок у ряді
n = b = 200 = 11,1; округливши, приймемо n = 11.
t18
3. Запишемо складові напруження у зварних точках
T
від осьового навантаження τp = mp πd 2 ;
4
133
|
|
|
|
|
|
|
|
|
b |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
T |
|
2 |
− c y |
max |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
від згинального моменту τ |
|
= |
|
|
|
|
, де y |
= 5t; тому що в рядку |
||||||||||||||||
|
M |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
πd 2 |
|
m |
|
|
|
max |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
p |
4 |
∑yi2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i=1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
11 точок: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
m |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∑ yi2 = 2(t2 + 4t2 + 9t2 +16t2 + 25t2 ) = 110t2 . |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
i=1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
b |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
T |
|
2 |
− c |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Після підстановки і перетворень τ |
|
= |
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
M |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
πd |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
p |
|
|
22t |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
T |
b |
− c |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
T |
|
2 |
|
|
|||
|
4. Умова міцності зварної точки: τ p |
+ τM ≤ [τ′] |
або |
2 + |
|
|
|
≤ |
|||||||||||||||||
|
|
πd |
πd |
2 |
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
pm |
p |
22t |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
4 |
|
|
|
≤ 0,5 σT . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
1,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Після перетворень маємо число рядів точок |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
3 |
22t + m b |
− mc T |
|
3 22 18+11 |
200 −11 50 10−3 25,6 10−3 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
p ≥ |
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= 2,45. |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
5,5tmπd2σ |
T |
|
5,5 18 10−3 11 3,14 62 10−6 240 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Приймемо число рядів точок р = 3. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
5. Визначимо довжину напуску: a |
= 2t |
2 |
+ 2t = 2 12 + 2 18 = 60 мм. |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2.5.10. Задачі для самостійної роботи |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
Задача 2.5.1. Пластини (рис. 2.5.10) зі сталі Ст3 з'єднані точковим контакт- |
||||||||||||||||||||||||
ним зварюванням. Розміри: b = 200 мм, c = 200 мм, s = 2 мм. Кут α = 30°. |
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1. Визначте допустиме значення сили Т. |
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2. Як зміниться допустима сила, якщо |
|||||||||||||||
|
|
b |
|
|
|
|
|
збільшити товщину s? |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3. Як зміниться допустима сила, якщо |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
s |
|
|
α |
|
|
збільшити кут α? |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
s |
|
|
|
|
T |
|
|
|
|
Задача 2.5.2. Пластини (див. рис. 2.5.10) |
|||||||||||||||
|
|
c |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
зі сталі Ст3 з'єднані точковим контактним |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
Рис. 2.5.10. Точкове |
|
|
|
зварюванням. Розміри: b = 150 мм, c = 200 мм, |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
з'єднання пластин |
|
|
|
s = 3 мм. Кут α = 30°, зусилля Т = 10 кН. |
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1. Перевірте міцність з'єднання. |
|
|
|
|
|
||||||||||
134
2.Чи буде забезпечена міцність з'єднання, якщо збільшити товщину s?
3.Чи буде забезпечена міцність з'єднання, якщо зменшити кут α?
Задача 2.5.3. Пластини (див. рис. 2.5.10) зі сталі 09Г2 з'єднані точковим контактним зварюванням. Розміри: b = 200 мм, s = 2 мм. Кут α = 45°, зусилля Т = 15 кН.
1.Визначте максимально допустиму довжину вильоту с.
2.Як зміниться допустима довжина вильоту, якщо збільшити товщину s?
3.Як зміниться допустима довжина вильоту, якщо збільшити розмір b? Задача 2.5.4. Пластини (див. рис. 2.5.10) зі сталі з'єднані точковим контакт-
ним зварюванням. Розміри: b = 250 мм, c = 100 мм, s =3 мм. Кут α = 30°, зусилля
Т= 40 кН.
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 кут α? Задача 2.5.5. Пластини (див. рис. 2.5.10) зі сталі Ст3 з'єднані точковим кон-
тактним зварюванням. Розміри: b = 150 мм, c =50 мм, s = 2 мм. Кут α = 0°.
1.Сконструюйте точкове з'єднання, рівноміцне накладній пластині.
2.Як зміниться з'єднання, якщо збільшити товщину s?
3.Як зміниться з'єднання, якщо збільшити розмір с?
Задача 2.5.6. Вушко (рис. 2.5.11) зі сталі Ст3 приварено точковим контактним |
||
зварюванням. Розміри: b = 300 мм, c = 50 мм, s = 3 мм. |
|
|
1. Визначте допустиме значення сили Т. |
|
|
2. Як зміниться допустима сила, якщо |
c |
T |
|
||
збільшити товщину s? |
b |
|
3. Як зміниться допустима сила, якщо |
|
|
|
|
|
збільшити розмір с? |
s |
|
Задача 2.5.7. Вушко (див. рис. 2.5.11) зі |
|
|
сталі 09Г2 приварено точковим контактним |
a |
|
зварюванням. Розміри: b = 350 мм, c = 50 мм, |
|
|
s = 2 мм. Зусилля Т = 30 кН. |
Рис. 2.5.11. Вушко |
|
1.Перевірте міцність з'єднання.
2.Чи буде забезпечена міцність, якщо збільшити товщину s?
3.Чи буде забезпечена міцність, якщо збільшити розмір с?
Задача 2.5.8. Вушко (див. рис. 2.5.11) зі сталі Ст3 приварено точковим контактним зварюванням. Розміри: b = 300 мм, s = 3 мм. Зусилля Т = 45 кН.
1.Визначте мінімально допустиме значення розміру с.
2.Як зміниться мінімально допустиме значення розміру с, якщо збільшити товщину s?
3.Як зміниться мінімально допустиме значення розміру с, якщо збільшити силу Т?
Задача 2.5.9. Вушко (див. рис. 2.5.11) зі сталі 09Г2 приварено точковим контактним зварюванням. Розміри: b = 300 мм, c = 50 мм, s = 2 мм. Зусилля Т = 30 кН.
135
1.Визначте необхідне число рядів точок.
2.Як зміниться необхідне число рядів точок, якщо збільшити розмір с?
3.Як зміниться необхідне число рядів точок, якщо збільшити товщину s? Задача 2.5.10. Вушко (див. рис. 2.5.11) зі сталі приварено точковим контакт-
ним зварюванням. Розміри: b = 320 мм, c = 50 мм, s = 2 мм. Зусилля Т = 60 кН.
1.Визначте необхідний клас міцності сталі.
2.Як зміниться необхідний клас міцності сталі, якщо збільшити розмір с?
3.Як зміниться необхідний клас міцності сталі, якщо збільшити товщину s? Задача 2.5.11. Вушко (див. рис. 2.5.11) зі сталі Ст3 приварено точковим кон-
тактним зварюванням. Розміри: b = 200 мм, c = 50 мм, s = 3 мм.
1.Визначте необхідне число рядів точок з умови рівноміцності з'єднання з вушком.
2.Як зміниться необхідне число рядів, якщо збільшити ширину пластини?
3.Як зміниться необхідне число рядів, якщо збільшити товщину s?
Задача 2.5.12. Дві пластини (рис. 2.5.12,а) зі сталі Ст3 з'єднані між собою за допомогою накладки точковим контактним зварюванням. Розміри: b = 200 мм, s = 2 мм.
1.Визначте необхідне число рядів точок у з'єднанні з умови рівноміцності з'єднання і накладки.
2.Як зміниться необхідне число рядів точок, якщо збільшити розмір b?
3.Як зміниться необхідне число рядів точок, якщо збільшити товщину s?
T |
b |
T |
T |
b |
T |
|
|
|
|
||
|
s |
|
|
s |
|
|
|
|
|
|
a |
|
а |
|
|
б |
|
Рис. 2.5.12. Пластини:
а – з накладкою і двома точковими з'єднаннями; б – із точковим і дуговим з'єднаннями
Задача 2.5.13. Дві пластини (див. рис. 2.5.12,а) зі сталі 09Г2 з'єднані між собою за допомогою накладки точковим контактним зварюванням. Розміри: b = 250 мм, s = 3 мм.
1.Визначте допустиме навантаження Т для вузла.
2.Як зміниться допустиме навантаження, якщо збільшити число рядів точок?
3.Як зміниться допустиме навантаження, якщо збільшити товщину s? Задача 2.5.14. Дві пластини (див. рис. 2.5.12,а) зі сталі з'єднані між собою за
допомогою накладки точковим контактним зварюванням. Розміри: b = 250 мм, s = 2 мм. Зусилля Т = 100 кН.
136
1.Визначте необхідний клас міцності сталі.
2.Як зміниться необхідний клас міцності сталі, якщо збільшити число рядів точок?
3.Як зміниться необхідний клас міцності сталі, якщо збільшити товщину s? Задача 2.5.15. Дві пластини (див. рис. 2.5.12,а) зі сталі Ст3 з'єднані між со-
бою за допомогою накладки точковим контактним зварюванням. Розміри: b = 300 мм, s = 3 мм. Зусилля Т = 150 кН.
1.Перевірте міцність вузла.
2.Чи буде забезпечена міцність, якщо зменшити ширину b?
3.Чи буде забезпечена міцність, якщо зменшити товщину s?
Задача 2.5.16. Дві пластини (див. рис. 2.5.12,б) зі сталі 09Г2 з'єднані між собою за допомогою накладки точковим контактним і дуговим зварюванням. Розміри: а = 80 мм, b = 150 мм, s = 3 мм, k = 3 мм.
1.Спроектуйте контактне точкове з'єднання, рівноміцне дуговому при роз-
тязі.
2.Як зміниться необхідна кількість рядів точок, якщо збільшити ширину b?
3.Як зміниться необхідна кількість рядів точок, якщо збільшити товщину s, не змінюючи катет?
Задача 2.5.17. Дві пластини (див. рис. 2.5.12,б) зі сталі Ст3 з'єднані між собою за допомогою накладки точковим контактним і дуговим зварюванням. Розміри: а = 80 мм, b = 120 мм, s = 3 мм, k = 3 мм. Зусилля Т = 63 кН.
1.Перевірте міцність вузла.
2.Чи буде забезпечена міцність вузла, якщо збільшити розмір а?
3.Чи буде забезпечена міцність вузла, якщо збільшити товщину s, не змінюючи катет?
Задача 2.5.18. Дві пластини (див. рис. 2.5.12,б) зі сталі 09Г2 з'єднані між собою за допомогою накладки точковим контактним і дуговим зварюванням. Розміри: а = 120 мм, b = 80 мм, s = 3 мм, k = 3 мм.
1.Визначте допустиме навантаження на вузол.
2.Як зміниться допустиме навантаження, якщо збільшити розмір а?
3.Як зміниться допустиме навантаження, якщо збільшити катет k?
2.5.11. Контрольні питання
1.Як визначається діаметр зварної точки контактного з'єднання?
2.Як визначається крок точок контактного з'єднання?
3.Як визначається кількість рядів точок контактного з'єднання?
4.На які навантаження може працювати контактне точкове з'єднання?
5.Як визначається необхідна величина напуску контактного з'єднання?
6.Який параметр точкового контактного з'єднання визначається за умовою міцності?
7.Чому дорівнює мінімально допустиме число рядів точок?
8.Чому дорівнює максимально допустиме число рядів точок?
137
9.Як визначається кількість точок у ряді?
10.Які точки називаються двозрізними?
11.Як визначити розрахункові напруження точкового з'єднання під дією осьового навантаження?
12.Як визначити розрахункові напруження точкового з'єднання під дією поперечного навантаження?
13.Як визначити розрахункові напруження точкового з'єднання під дією згинального моменту?
14.Як визначити розрахункові напруження точкового з'єднання під дією одночасно осьового навантаження і згинального моменту?
15.Як визначити розрахункові напруження точкового з'єднання під дією одночасно поперечного навантаження і згинального моменту?
16.Як визначити розрахункові напруження точкового з'єднання під дією одночасно осьового і поперечного навантажень?
17.Як визначити розрахункові напруження точкового з'єднання під дією одночасно осьового, поперечного навантажень і згинального моменту?
18.Чим відрізняються методи розрахунку за осьовим і полярним моментами інерції?
19.У чому особливості роботи точкового з'єднання на відрив?
20.Чим відрізняються робочі точки від сполучних?
2.6.Розрахунки комбінованих вузлів
2.6.1.Розрахунок міцності комбінованих зварних вузлів
До комбінованих зварних вузлів відносять такі, у яких навантаження сприймається різними типами з'єднань або з'єднаннями, розташованими в різних площинах. Наприклад, у вузлі з'єднання пластини з тавровою балкою, показаному на рис. 2.6.1,а, частина навантаження сприймається стиковим (Б–Б), а частина –
Б
A |
l |
A |
|
|
h |
s |
|
s |
За A–А |
Б |
За Б–Б |
||
0,7k |
||||
|
|
|
||
l |
|
s |
h |
|
|
|
|
||
|
b |
|
h |
|
|
l |
|
Г |
|
|
|
|
|
|
Д |
|
Д |
|
|
В |
В |
l |
Г |
|
0,7k |
За В–В |
|
За Г–Г |
|
|
|
|
|
|
|
h |
|
b |
l |
b |
0,7k |
За Д–Д |
0,7k |
|
l |
а |
б |
Рис. 2.6.1. Приклади комбінованих зварних з'єднань
138
тавровим (А–А) з'єднаннями. У вузлі з'єднання двотаврової балки з пластиною (див. рис. 2.6.1,б), частина навантаження передається через таврове з'єднання торця балки з пластиною (В–В), а частина через напусткове з'єднання полиць балки з траверсою (Г–Г).
У такому комбінованому вузлі різні з'єднання мають близьку жорсткість. Тому все навантаження може вважатися або рівномірно розподіленим за всим розрахунковим перерізом комбінованого зварного з'єднання, тобто пропорційно площам розрахункових перерізів окремих зварних з'єднань (спрощений метод), або пропорційно площам елементів, що приєднуються (уточнений метод). У нашому
прикладі (див. рис. 2.6.1,а) можна вважати, що |
NT |
= |
Fп |
або |
NT |
= |
FT |
, де NT |
|
|
|
|
|||||
|
Nc Fc |
|
Nc |
Fc |
||||
і Nc – зусилля, що сприймаються відповідно тавровим і стиковим з'єднаннями, Fп і Fс – площі полиці і стінки таврової балки, FТ і Fс – площі розрахункових перерізів таврового і стикового з'єднань. Перше співвідношення вважається більш точним. Якщо відоме навантаження кожного з'єднання окремо, то подальший розрахунок ні чим не відрізняється від розрахунків звичайних з'єднань – стикових, таврових, напусткових.
Особливістю комбінованих з'єднань є можливість їх руйнування за різними перерізами, що часто ускладнює розрахунок. Так у вузлі (див. рис. 2.6.1,б), руйнування можливе за перерізами В–В і Г–Г (1-й варіант) і за Д–Д (2-й варіант). У таких випадках необхідно скласти і перевірити умови міцності для кожного варіанту окремо. Працездатність вузла гарантується тільки за виконання умов в усіх перерізах.
2.6.2. Комбіновані клепано-зварні вузли |
|
Комбінованими клепано-зварними (болто-зварними) вузлами називаються |
|
такі, для виготовлення яких використовуються одночасно з'єднання клепане (бол- |
|
тове) і зварне (рис. 2.6.2). Такі з'єднання іноді зустрічаються в наслідок ремон- |
|
ту старих клепаних конструкцій, але частіше використовуються для з'єднання |
|
елементів під час монтажу великих просторових конструкцій. |
|
Під час розрахунку таких вузлів необ- |
|
хідно мати на увазі, що внаслідок різкої |
|
різниці жорсткості (жорсткість зварного |
|
з'єднання на порядок вище жорсткості кле- |
|
паного чи болтового), практично все зу- |
|
силля сприймається більш жорстким, тоб- |
|
то зварним з'єднанням. Заклепки і болти |
|
включаться в роботу лише після значної |
|
пластичної деформації або руйнування |
|
зварного з'єднання, тобто, якщо напружен- |
Рис. 2.6.2. Комбінований |
|
|
ня в ньому перевищують допустимі. Тому |
клепано-зварний вузол |
|
|
139
у разі необхідності застосування або розрахунку таких вузлів на діюче навантаження розраховують кожне з'єднання окремо. Очевидно, якщо болтове з'єднання використовується під час монтажу конструкції, а потім виконується зварювання, болти розраховуються лише на монтажне зусилля, а зварне з'єднання – на повне робоче навантаження.
2.6.3. Приклад розрахунку комбінованого зварного вузла
Спроектувати зварний вузол, де з'єднання пластини і таврової балки рівноміцне балці під дією розтягу силою Т (рис. 2.6.3). Матеріал – сталь Ст3, розміри полиці bxsn = 150х12 мм, стінки hхsст. = 200х8 мм, товщина пластини sпл = 10 мм.
|
l |
Б |
Б |
|
|
Б |
Б |
|
|
|
А |
|
А |
Sпл |
|
|
|
Sл |
|
Sст |
h |
|
|
за А–А |
за Б–Б |
h |
|
l |
|
|
|
|
|
0,7k |
|
Sст < Sпл |
|
Рис. 2.6.3. Комбінований зварний вузол таврової балки і пластини
Розв'язок
1. Визначення розрахункового навантаження з урахуванням реальної площі (нетто) тавра.
Умова міцності тавра |
|
T |
|
≤ [σ]. |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
FN |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Реальна площа тавра (з урахуванням ослаблення вирізом) |
|
|
|
||||||||||
FN = F – ∆F; |
|
F = Fп + Fст; |
|
Fп = 150 · 12 = 1800 мм2; |
|||||||||
F |
ст |
= 200 · 8 = 1600 |
мм2; |
∆F = s |
· s |
п |
= 10 · 12 = 120 мм2; |
||||||
|
|
|
|
|
|
пл |
|
|
|
|
|
||
|
|
FN = 1800 |
+ 1600 – 120 = 3280 мм2 = 3,28 · 10–3 м2. |
||||||||||
Допустимі напруження на розтяг в матеріалі тавра [σ] = σT |
= |
240 |
= 160 МПа. |
||||||||||
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
kз |
1,5 |
|
|
Допустиме навантаження на тавр T ≤ [σ]FN = 160 3,28 10−3 = 524,8 103 МН = , = 524,8 кН, округляючи, приймаємо 525 кН.
140