Расчет сварных соединений с угловыми швами

Сварные соединения элементов конструкций обладают рядом преимуществ по сравнению с болтовыми и заклепочными со­единениями. Они не создают ослаблений соединяемых элемен­тов отверстиями, менее трудоемки в изготовлении и поэтому являются более технологичными.

Принципы расчета сварного соединения рассмотрим на при­мере соединения внахлестку двух стальных листов с помощью угловых швов, которые в основном работают на срез (рис 5.5).

Будем считать, что передача усилия N c одного из сваривае­мых элементов на другой происходит равномерно по длине шва.

Обычно предполагается, что поперечное сечение углового шва (если не учитывать наплыв металла в виде валика) пред­ставляет собой прямоугольный треугольник с катетом, равным (рис. 5.5,б, в). При сдвиге одного из соединяемых элемен­тов относительного другого наиболее вероятен срез по наимень­шей площади продольного сечения шва, проходящего через бис­сектрису прямого угла. Эта площадь (на рис. 5.5, б она заштри­хована) равна

,

где — расчетная длина шва, принимаемая с учетом непровара концов шва, меньше его полной длины на 10мм.

Рис. 5.5

С учетом сказанного расчетное усилие, которое может быть воспринято одним швом из условия прочности при срезе, опре­деляется по формуле

, (5.7)

где R_cp — расчетное сопротивление углового шва на срез по ме­таллу шва.

2. Кручение валов круглого поперечного сечения

Кручением называется такой вид деформации, при котором в по­перечном сечении вала возникает только крутящий момент ,а все остальные внутренние силовые факторы равны нулю.

На кручение рабо­тают валы двигателей и станков, оси моторных вагонов и локо­мотивов, винтовые пружины и т.п.

Рассмотрим прямой стержень круглого поперечного сечения, левый конец которого жестко закреплен, а к свободному правому концу приложен скручивающий момент М (рис. 5.8, а). В задел­ке возникает реактивный момент противоположного направле­ния.

Рис. 5.8

Для определения крутящего момента используем метод сече­ний (рис. 5.8, б). Под действием скручивающего момента М в произвольном сечении возникает крутящий момент М_к, посто­янный по длине стержня. Крутящий момент будем считать по­ложительным, если при взгляде на сечение со стороны его внешней нормали он направлен против хода часовой стрелки. Закон изменения крутящих моментов по длине стержня изобра­жается графически с помощью эпюры крутящих моментов. В данном случае крутящий момент постоянен по длине стержня (рис. 5.8, в).

К стержню может быть приложено несколько скручивающих моментов (рис. 5.9, а). Так как стержень и любая его часть на­ходятся в равновесии, то алгебраическая сумма скручивающих моментов, приложенных к каждой части стержня, должна быть равна нулю. Из уравнения равновесия всего стержня определим реактивный момент М_А в заделке.

кНм.

Рис. 5.9

Участок АВ

Участок ВС

Участок CD

Эпюра крутящих моментов показана на рис. 5.9, д.

Напряжения в стержне круглого поперечного сечения при кручении. Рассмотрим стержень круглого поперечного сечения, защем­ленный левым концом и нагруженный на правом конце скручи­вающим моментом М (рис. 5.11). При кручении образующая АВ на боковой поверхности стержня превратится в винтовую ли­нию АВ₁. Поперечное сечение стержня, находящееся на рассто­янии х от заделки, повернется на угол φ, а соседнее с ним сече­ние — на угол φ + dφ. Угол φ называется углом закручивания, а производная от φ по х — относительным углом закручивания

Экспериментальные и теоретические исследования кручения круглых стержней дают основание принять следующие гипоте­зы: