Файловый архив студентов. Файловый архив студентов.
1269 вузов, 4660 предметов.
/ Регистрация
FAQ Обратная связь Вопросы и предложения
Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Пермский национальный исследовательский политехнический университет
Предмет:
[НЕСОРТИРОВАННОЕ]
Файл:

книги / Расчёт сварных соединений и конструкций примеры и задачи

..pdf
Скачиваний:
15
Добавлен:
12.11.2023
Размер:
15.14 Mб
Скачать
☆

где f — прогиб балки под нагрузкой в случае отсутствия в ней остаточ­ ных напряжений, который определяется по известным форму­

 

 

лам сопротивления материалов;

J 0 — момент инерции

сечения, из площади которого исключена

площадь

FT (рис. 334, г),

расположенная в растянутой зоне.

Для

симметричного

дву­

тавра

(рис.

334)

величина

J 0 =

J - F

T(yГ

F - F r

‘

 

 

 

 

(10.55)

При механической обра­ ботке сварных конструкций вторичные деформации будут зависеть от величины снимае­ мого припуска и места рас­ положения его. Так, при об­ резке наружных кромок свар­ ной пластины (рис. 335) на

величину — ^— произойдет

ее укорочение на

Рис. 335

Д/ = /Дцт•(( - £ - - О , (10.56)

где Дцт — относительные деформации продольного укорочения эле­ мента после сварки;

F и F' — площадь поперечного сечения пластины до и после обрезки соответственно.

Рис. 336

В случае, если при механической обработке удаляется часть эле­ мента, расположенная несимметрично по отношению к ЦТ сечения вне зоны F T (рис. 336, а), то происходит изгиб обработанной поверхности (рис. 336, б) со стрелкой прогиба, определяемой по формуле

A * - f

l ) .

(Ю.57)

где f — стрелка прогиба элемента от сварки до механической обра­ ботки;

J и у' — соответственно момент инерции сечения и расстояние ЦТ шва от ЦТ сечения до механической обработки;

J 0 и уо — соответственно момент инерции сечения и расстояние ЦТ шва от ЦТ сечения после механической обработки.

Пример 10.11. Сварной нефтепровод, геометрические характеристи­ ки сечения которого приведены на рис. 337, предназначен для работы под давлением 40 кгс/см2.

Определить степень снятия остаточных напряжений растяжения ф в трубопроводе после пробного испытания давлением 50 кгс/см2. Ма­ териал трубопровода — сталь СтЗ.

Р е ш е н и е . Поскольку трубопровод имеет как продольные, так и кольцевые сварные швы, то и остаточные продольные напряжения будут действовать в двух направлениях (рис. 337). В шве и околошовной зоне шириной 2 Ьт величина остаточных напряжений растяжения будет равна пределу текучести ат = 2400 кгс/см2 (см. табл. 16).

Известно, что под действием внутреннего давления в цилиндрической оболочке возникает двухосное напряженное состояние

_ I L .

а1 — 26 ’

 

*i>r

t t*

 

Чь

 

II

 

'o'

 

l i f

I P

Рис. 337

Подставив в приведенные формулы числовые значения, получим

ах =

50 g 40

=

1000

кгс/см2;

ст2 =

50 {-40

=

2000

кгс/см2.

Эти напряжения являются внешними по отношению к остаточным, ito зависимостям (10.52) определим величины остаточных напряжений растяжения после сброса внутреннего давления:

в продольном направлении

6\ — ат — авн = 2400 — 1000 — 1400 кгс/см2;

в кольцевом направлении

а\ = ат — ствн = 2400 — 2000 = 400 кгс/см2.

Таким образом, в результате пробного загружения трубопровода остаточные напряжения в нем уменьшатся:

в продольном направлении на

, _

2400— 1400

100% = 41,5% ;

^ пр ~

2400

 

в кольцевом направлении на

%

2400 — 400

100% = 83%.

2400

Пример 10.12. Направляющие салазок, поперечное сечение которых изображено на рис. 338, после сварки (швы 1, 2, 3, 4) подвергаются ме­ ханической обработке. Припуск на обработку указан штриховкой

на рис. 338. Допускаемая стрелка прогиба обработанной поверхности равна 0,2 мм на длине 1 м. Катет сварных швов — 8 мм. Определить стрелку прогиба обработан­ ной поверхности после удале­ ния припуска, если длина на­ правляющих равна 5 м. Ма­ териал всех элементов — сталь СтЗ.

Р е ш е н и е . Использовав известный прием, определим положение центра тяжести поперечного сечения направ­ ляющих до и после механиче­ ской обработки. Не приводя здесь подробных выкладок, укажем, что эти величины со­

ответственно будут равны (приняв ось трубы за начало отсчета) 128 мм и 100 мм (рис. 338). Момент инерции сечения относительно го­ ризонтальной оси, проходящей через центр тяжести исходного сечения,

Л, = (Ук + FK12,82) + 2 (Jp + Fp6,452) + (Ул + F.13,452),

где Ук, J р, Ул — моменты инерций кольца, ребра и листа относительно собственных осей соответственно;

FK, Fp, ^л — площади поперечного сечения кольца, ребра и листа

 

соответственно;

 

 

J Zt =

+ яОб • 12,82) + 2 (- 1,2

+

!.2 • 11,5 • 6,452) +

+ ( 32 [22'5- +

2,5 •32 • 13,452) = 3;1-4. ’ 3?3 —

+

3,14 •32 • 1 12,82) +

+ 2 ( - 1,2-',‘ 1,53 + 1,2- 11,5 •6,452 + 32 |2>53 +

+ 2,5 •32 13,452) = 45 395 см4.

После удаления припуска под обработку центр тяжести сечения сместится (ось z0z0), а момент инерции сечения относительно этой оси Л» = 38 290 см4. Определим стрелку прогиба направляющих после выполнения всех швов, для чего воспользуемся формулами (10.8), (10.26), (10.32):

* _ С Р

М п2 у'

Р __

 

1 ~

8

~

J ,

8

 

— 3,53-10- 6 • 7250-0,8 (12,2 +

12,2 +

0,7 +

0,7) 5002

— 0,36 см = — 3,6 мм.

8 • 45 395

 

 

 

 

 

 

 

 

 

После механической обработки поверхности найдем стрелку проги­ ба ее по формуле (10.57). Учитывая, что выполняется несколько швов,

формулу (10.57) запишем в таком виде:

2</0

/обр — f I - J

где 2уо и 2 у\ — сумма расстояний от сварных швов до оси z0z0 и г, г, соответственно.

Подставив численные значения в приведенную формулу, найдем

/обр------ 0,36

45 395

(1 2 ,2 +

12,2 +

0,7 +

0,7)

38 •290

(1 5 +

15 + 3,5 + 3,5)

 

= 0,36 •0,8 =

0,065

см =

0,65

мм.

Прогиб обработанной поверхности на одном погонном метре

/обр

0,65 = 0,13 мм.

Таким образом, вторичные деформации направляющих, возникаю­ щие в результате механической обработки, не превышают предельно допустимой величины.

Задачи для самостоятельного решения

То.41. Используя исходные данные к задаче 10.26 (рис. 317), определить величину растягивающего усилия, прилагаемого вдоль оси шва, из условия уменьшения оста­ точных напряжений сжатия на 50% после полной разгрузки.

Ответ. Р — Ю0,8 тс.

10.42. Сферический сварной сосуд из стали СтЗ (рис. 339) подвергается цикличе­ скому действию внутреннего давления р. Определить, при достижении какой ве-

р = 50 Кгс/см2. Определить степень уменьшения остаточных напряжений Oi в про­ дольном и Кольцевом швах сосуда после испытания.

Отв^т* Напряжения уменьшатся в продольном шве на 37,2% , в кольцевых швах — на 74,5% .

10.44. Сварная двутавровая балка закреплена консольно и (рис. 341, а) подвер­ гается Действию сосредоточенной силы Р = 3000 кгс и равномерно распределенной нагрузки интенсивностью q = 250 кгс/м. Размеры поперечного сечения балки приве-

дены на рис. 341, б. Сварные швы выполняются автоматом последовательно. Материал балки — сталь СтЗ. Определить прогиб конца балки f под нагрузкой, учитывая нали­ чие в растянутой части балки зоны F Tt и остаточный прогиб балки /ост после полно­

го снятия нагрузки.

У к а з а н и е . Прогиб конца бал­ ки, не имеющей остаточных напряжений,

 

 

 

Р=25тс

 

Р

 

 

 

W

 

& Ъ

 

 

 

а=600

(=4000

а

 

 

 

 

Рис. 342

 

определяется

по формулам:

/в =

— от

 

 

 

 

ql4

 

 

 

сосредоточенной нагрузки и /в = ggy — от равно­

 

 

мерно распределенной нагрузки.

Щ 2 =

 

 

Ответ. / =

12 мм; /ост =

4,2 мм при

 

 

=1,1.

10.45.Определить остаточный прогиб свар­

ной балки в центре пролета

после

снятия

на­

 

грузки (рис. 342). Размеры поперечного сечения

 

балки и условия сварки

такие же,

как и в

за­

 

даче 10.44.

 

 

 

 

 

 

У к а з а н и е .

Прогиб в центре пролета бал­

 

ки, не имеющей остаточных

напряжений, опре-

 

.

с

Pal2

 

 

 

деляется по формуле f =

о р Т ' .

 

 

 

Ответ, f = 4,9

мм; /ост =

1,7 мм при тх2 =

Рис. 343

=1,1.

10.46.Верхняя кромка стенки сварного тавра (рис. 300) подвергается механиче­

ской обработке

с

припуском 10 мм. Определить

прогиб обработанной поверхности

после удаления

припуска, приняв условия сварки тавра, указанные в задаче 10.15.

Ответ. /обр =

1,4 мм при тХ2 = 1,2; /обр =

2,6 мм при т 1+2 = 2,2.

10.47. После наплавки ножа бульдозера (рис. 296) производится механическая обработка наплавленного слоя с припуском 5 мм. Определить прогиб обработанной поверхности после удаления припуска, если режим наплавки ножа такой же, как и в задаче 10.11.

Ответ. = 1,26 мм.

10.48. Полки сварного двутавра, размеры поперечного сечения которого изобра­ жены на рис. 343, подвергаются механической обработке с целью уменьшения их ши­

рины до В' = 200 мм. Определить

абсолютное укорочение двутавра

после обрезки

полок, если швы выполнялись последовательно. Длина тавра равна

10 000 мм, мате­

риал — сталь СтЗ.

 

 

Ответ. А/ = 1,28 мм при тх 2 =

1,2.

 

§ 6. Методы уменьшения сварочных деформаций изгиба

Если разработанный технологический процесс сборки и сварки конструкции не обеспечивает требуемую ее точность, то применяются специальные методы уменьшения деформаций. К наиболее эффектив­

ным методам относятся: 1) обратный выгиб; 2) прокатка шва роликами;

3)предварительное растяжение деталей перед сваркой.

Сцелью устранения остаточных деформаций изгиба элементов, собранных на прихватках, перед сваркой им задают обратный выгиб со стрелкой прогиба (рис. 344, а)

/выг =

:-------

,

(10.58)

■ 7 7 -'

где А* — остаточный прогиб элемента от сварки, см;

J — момент инерции поперечного сечения элемента (рис. 344, б); /0 — момент инерции поперечного сечения, за вычетом тех упруго­ пластических зон FT1 в которых обратный выгиб вызывает

напряжения растяжения (рис. 344, г).

Формула (10.58) справедлива лишь в случае упругого предварительного выгиба, т. е.

__ м .

®т*

^тах — "деТ \

Для двутавровой балки с разноширокими полками обратный выгиб нужно назначать только при выполнении нижнего поясного шва (рис. 344, а).

Деформации изгиба элемента после сварки будут также нулевыми, если в процессе сборки его деталям задать раздельный обратный выгиб

(рис. 345, а, б)

 

/выг------------ ^ 7 - ,

(10.59)

J

 

где /св — прогиб элемента от сварки, см; 2/д — сумма моментов инерции выгибаемых деталей, см4;

J — момент инерции готового элемента, см4.

Применительно к элементу таврового сечения (рис. 34$) формула

(10.59) примет частный вид

 

 

*

/аЛ

Н0.60)

' ВЫГ

J T - ( J n +

J CT) •

где Уп, Уст, J r — соответственно момент инерции пол£И, стеНКИ и тавра относительно собственных осей, см4-

После раздельного выгиба деталей и их сборки в технологической ос­ настке на прихватах сварку элемента можно выполнить и вне оснастки.

Пример 10.13. Плоская секция, размеры поперечного сечения кото­ рой изображены на рис. 322, подвергается обратному выгибу перед сваркой с целью устранения остаточного прогиба. Определить стрелку выгиба при общем и раздельном способах выгиба, если сварные швы с катетом 6 мм выполнялись последовательно, а длина полотнища равна 10 м. Материал — углеродистая сталь СтЗ.

Р е ш е н и е . Для определения стрелки обратного выгиба необхо­ димо знать / св , J г и У0 согласно формулам (10.58) и (10.59). Найдем по­ ложение центра тяжести поперечного сечения секции

Sz___ 4

0,6 - 10 - 5 —

0,6 - 140 •0,3

= 0,88 см =* 8,8 цщ.

F

4 •0,6 •10 +

0,6 •140

 

По формуле (10.32) погонная энергия сварки

qn = 7250К2 = 7250К2 = 7250 - 0,36 = 2600 кал/см.

Момент инерции поперечного сечения относительно оси z

«/2 —

4 (У0р +

+ *А)л + Fna\ =

= 4 ( - - й '- + 0 , 6 -

1 0 - 4 , 12а) +

140 •0,63

14012°’63 + 0,6- 140- 1,18* =

= 728 см4.

Прогиб секции от сварки определим по формуле (10.8) с учетом формул (10.26), (10.22)

/ев = \iml2qn- j - -g - =

о с о in —6

1 1

осп л ^ 0,88

1000*

с 1

«

= — 3,53 - 10

1,1

2 6 0 0 - — ^8—

— 8—

— °,1

см'

При этом вогнутость будет со стороны листа секции.

Далее найдем момент инерции J 0, для чего необходимо вычислить ве­ личины FT, и bTt по формулам (10.19) и (10.20):

1

. ( У ')г ____ 1

,

(0,88)*

340

F

J z

Мп

108 ‘г

728

'г 2600

 

,

Frl

6,6

0

 

 

Ьт1 =

~W =

3-0,6

= 3,65

см*

Момент инерции сечения

 

 

 

 

 

 

J 0 =

J z — 4JpT,

 

где J FT — момент инерции площади Fr1,2 относительно оси г.

Для вычисления J FT обратимся к рисунку 287, из которого видно, что часть площади FT, приходящейся на лист, может быть найдена следую­ щим образом:

(2&т1 + d) 6Л=

(2 - 3,65 +

0,6 +

0,6) 0,6 =

5,1 сма.

Ширина этой площади

 

 

 

 

(2bTi + d )

=

2 3,65 -f 0,6 +

0,6 = 8,5

см.

Тогда

 

 

 

 

 

J FT = 0,6

ц ’1553 +

3,65

0,6 •0,94* +

+ 5,1120,63- + 5.1 1,18* = 11,5 см4.

ДОомент инерции сечения

 

 

 

 

 

 

 

 

J 0 = 728 — 46,0 =

682 см4.

 

 

 

 

По формуле (10.58) величина обратного выгиба

 

 

 

 

f ВЫГ

'

и

6,1

6,1

= 87 см.

 

 

 

 

 

J — 1

 

0,07

 

 

 

 

 

 

728 — 1

 

 

 

 

 

 

Jo

682

 

 

 

 

 

Величину раздельного обратного выгиба определим по

формуле

(10.59)

 

 

 

 

 

 

 

 

f выг

--- '

/св^г

__

6,1 ■728

«

 

 

 

/ « -(4 / р +

/л)

728 — 200

3,3 СМ‘

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Двутавр №12

Таким образом, для устра-

 

 

 

v

нения сварочных деформаций

 

 

. гоств713-70-Т5-К6

изгиба следует применять раз-

 

 

-------------------- дельный обратный

выгиб

де­

 

 

 

 

талей полотнища,

поскольку

 

 

 

 

величина

обратного

выгиба

 

 

 

 

всего полотнища в целом,

со­

 

 

 

 

бранного на прихватах, очень

 

 

 

 

велика и

практически

неосу­

 

 

 

 

ществима.

 

 

 

 

 

 

 

 

В заключение необходимо

 

 

 

 

проверить

напряжения,

воз­

 

 

 

 

никающие

в деталях

секции

 

 

 

 

при их выгибе. Так как наи­

 

 

 

 

большей жесткостью обладает

 

Рис.

346

 

ребро, то при одинаковой

ве­

 

 

личине прогиба ребер и лис­

 

 

 

 

 

 

 

 

та в ребрах будут

возникать

наибольшие напряжения. Известно, что при чистом изгибе бруса ве­ личина его прогиба связана с изгибающим моментом по зависимости

Приравняв / = /выг, найдем М , а по нему напряжения в крайних волок­ нах ребра полотнища

а

м

48£7р/выг

_

4£/ip/Bblr

4 •2 •10е •8,3

= 665 Кгс/смг.

V # 4

“

,2

 

«Гр

1000*

 

Поскольку величина напряжений меньше предела текучесТ(1 то найденное значение величины обратного раздельного выгиба вполне приемлемо.

Соседние файлы в папке книги
Помощь Обратная связь Вопросы и предложения Пользовательское соглашение Политика конфиденциальности