Сварные соед
.pdf
НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ
L
А
F
А
А - А
d b |
с |
a |
s |
n |
m |
Рис.74. Сварной кронштейн |
Расчетное сечение имеет вид
|
|
y |
|
|
|
hP |
|
hP |
|
n |
x0 |
C |
max |
x0 |
y |
||||
|
|
|
|
x |
P |
|
m |
C |
|
h |
|
y |
|
Центр тяжести расчетного сечения (точка С) находится на оси симметрии у у, его координата в принятой системе координат ху
yC SХ , AШ
где SX – статический момент расчетного сечения шва относительно оси х; АШ – площадь расчетного сечения шва.
Фигуру, образованную расчетным сечением, разбиваем на три прямоугольника I, II, III с площадями, равными
89
НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ
AI AII hP n hP 0,7 5 100 0,7 5 362,25 мм2;
AIII m hP 100 0,7 5 350 мм2.
Определяем статические моменты каждого прямоугольника как произведения его площади на координату его центра тяжести
S |
X,I |
S |
X,III |
y |
C,I |
A |
|
n hP |
A |
|
100 0,7 5 |
362,25 18760 мм3; |
|||
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
I |
2 |
I |
2 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
SX,II yC,II |
AII |
|
hP |
AII |
0,7 5 |
350 612,5 мм3. |
|||||||||
2 |
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
||||
|
Ордината центра тяжести расчетного сечения равна |
||||||||||||||
|
S |
Х |
|
SХ,I |
SХ,II SХ,III |
|
2 18760 612,5 |
||
yC |
|
|
|
|
|
|
|
35,5 мм, |
|
A |
|
A A |
A |
|
|||||
|
|
|
|
2 362,25 350 |
|||||
|
Ш |
I |
II |
III |
|
|
|
||
Определяем силовые факторы, действующие на сварное соединение. При параллельном переносе силы F, действующей на кронштейн, в центр тяжести расчетного сечения (рис.75) получим поперечную силу Q = F = 10 кН и изгибающий момент М = F (L ) = 10 (200 – 20) = 1800 кНмм.
Рис.75. Определение усилий, действующих на сварное соединение
Напряжения в расчетном сечении:
а) напряжения от поперечной силы распределены равномерно по сечению и равны
τQ |
|
Q |
|
10000 |
9,3 МПа; |
A |
|
||||
|
|
1074,5 |
|||
|
|
Ш |
|
|
|
|
|
|
90 |
||
НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ
б) максимальные напряжения от изгибающего момента М, действующие в
точке А, равны
М
М WX ,
где WX – осевой момент инерции площади расчетного сечения относительно центральной оси сечения х0.
Осевой момент инерции площади расчетного сечения относительно оси х0 определяем аналогично определению статического момента сечения.
Осевые моменты инерции рассматриваемых прямоугольников относительно своих центральных осей, параллельных оси х0 , равны
II IIII |
|
hP |
n hP 3 |
|
|
0,7 5 100 0,7 5 3 |
3,234 105 мм4; |
||||
|
|
12 |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
12 |
|
||
III |
m hP3 |
|
|
100 0,7 5 3 |
357,3 мм4. |
|
|||||
|
|
|
|||||||||
|
|
12 |
|
|
12 |
|
|
|
|
||
Осевые моменты этих прямоугольников относительно оси х0 находим, используя формулу преобразования моментов инерции при параллельном переносе осей,
|
|
|
|
|
n h |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
IX0 |
,I |
IX0,III II AI |
|
|
|
P |
yC |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
5 |
|
|
|
100 0,7 5 |
2 |
|
|
5 |
|
4 |
|
|||||
3,234 |
10 |
|
362,25 |
|
|
|
|
|
35,5 |
|
4,191 |
10 |
|
мм |
|
; |
||||
|
|
2 |
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
IX0 |
,II |
III |
AII |
yC 0,5 hP 2 |
357,3 350 35,5 0,5 0,7 5 2 |
4,37 105 мм |
||||||||||||||
Осевой момент инерции площади расчетного сечения относительно оси х0 будет равен
IX |
0 |
2 IX |
,I |
|
I X |
|
,II |
|
2 4,191 105 |
4,37 105 |
12,75 105 мм4. |
|||
|
0 |
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Осевой момент сопротивления сечения равен |
||||||||||||||
|
|
WX |
|
|
IX |
0 |
|
|
12,75 105 |
3,59 104 |
мм3. |
|||
|
|
|
y |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
0 |
|
max |
35,5 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Напряжения в точке А от момента М равны
M1800 103
τМ WX0 3,59 104 50,1 МПа.
91
НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ
Результирующие напряжения в опасной точке А равны
τΣ |
τQ2 τM2 |
|
9,3 2 50,1 2 |
51 МПа. |
Допускаемое напряжение для сварного шва. Для стали Ст3 предел текучести σT = 220 МПа. Допускаемое напряжение на растяжение для основного металла
[σ]Р = Т / [n] = 220/1,5 =147 МПа.
Так как сварка ручная, электрод обычного качества, то
[τ ] = 0,6 [σ]Р =0,6 147 88 МПа.
Следовательно, условие прочности для сварных швов выполняется, так
как
= 51 < 88 = [ ].
Пример 6.
Рассчитать сварное соединение двутавровой балки с колонной (рис.76), нагруженное силой F = 10 кН. Размер L = 1000 мм. Балка изготовлена из стали Ст3. Допускаемое напряжение при растяжении [ ]Р = 160 МПа.
Рис. 76. Соединение двутавровой балки с колонной
Решение.
Определяем сечение двутавровой балки по условию ее прочности
M Р ,
WХ
где М – изгибающий момент в поперечном сечении балки в месте ее заделки, равный М = F L = 10 1000 = 1 10 4 кН мм; WХ – осевой момент сопротивления сечения балки относительно оси х.
92
НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ
Пренебрегая касательными напряжениями от поперечной силы, находим WХ :
WХ |
M |
|
1 10 |
7 |
62500 мм3. |
σ Р |
160 |
|
По найденной величине WХ выбираем двутавр № 14, для которого WХ = 81700 мм3.
Для него имеем: H = 140 мм, В = 73 мм, П = 7,5 мм, С = 4,9 мм. Площадь поперечного сечения балки А = 1,74 10 3 мм2.
Принимаем катет шва K = 5 мм. В шве возникают напряжения от поперечной силы Q = F и от изгибающего момента М. Напряжения от поперечной силы Q равны
τQ |
Q |
|
Q |
|
10000 |
|
5 МПа. |
A |
4 B K 2 H K |
0,7 5 4 73 2 140 |
|
||||
|
Ш |
|
|
|
|
|
|
Максимальные напряжения от изгибающего момента равны
М
τМ WШ ,
где WШ – осевой момент сопротивления расчетного сечения шва относитель-
но оси х, равный
WШ IШ ;
ymax
IШ – осевой момент инерции расчетного сечения шва относительно оси х; уmax – расстояние от оси х до наиболее удаленной от нее точки сечения шва,
уmax =H/2 +hP = 140/2+0,7 5 = 73,5 мм.
Осевой момент инерции расчетного сечения шва равен
|
B h3 |
|
|
|
|
|
H h |
2 |
|
0,5 B δ |
|
|
h3 |
|
|
|||||||||||||||||||
IШ |
2 |
|
|
|
P |
B hP |
|
|
|
|
P |
|
4 |
|
|
|
|
C |
|
|
P |
|
|
|
||||||||||
|
12 |
|
2 |
|
|
12 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H h |
|
|
|
2 |
|
|
73 3,53 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
P |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
0,5 B hP |
hP |
|
|
|
|
|
|
|
δП |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
2 |
|
|
|
12 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
140 3,5 |
|
2 |
|
0,5 73 4,9 3,5 |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
73 3,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
12 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,5 73 3,5 3,5 |
|
|
140 3,5 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
4 |
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7,5 |
4,547 |
|
10 |
|
мм |
|
. |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Таким образом, WШ = IШ / ymax = 4,547 106 / 73,5 61864 мм3. Максимальные напряжения от изгибающего момента равны
93
НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ
1107
τМ 61864 162 МПа.
Результирующее напряжение в опасной точке сечения равно
τΣ 
τМ2 τQ2 
1622 52 162 МПа.
Допускаемое напряжение равно
τ 0,6 σ Р 0,6 160 96 МПа.
Так как допускаемое напряжение оказалось меньше расчетного напряжения, то условие прочности не выполняется. Поэтому необходимо выбрать швеллер большего номера и провести перерасчет.
Пример 7.
Полоса соединена с косынкой контактной точечной электросваркой (рис.77). Выполнить расчёт на прочность полосы и сварного шва. Исходные данные: F = 25 кН, s = 4 мм, сталь марки 10Г2, предел текучести Т = 250 МПа. Требуется определить: ширину B сечения полосы, диаметр d, шаг t, количество i сварных точек, перекрытие c соединяемых элементов.
Рис. 77. Соединение полосы с косынкой точечной электросваркой
Условие прочности полосы при растяжении
σF σ P.
A
Площадь поперечного сечения тяги A = В h.
Допускаемые напряжения растяжения для материала полосы
94
НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ
σ |
|
σТ |
|
|
250 |
156 МПа. |
n |
|
|||||
Р |
|
1,6 |
|
|||
Ширина сечения полосы из условия прочности
b |
F |
|
25 103 |
40 мм. |
s σ |
4 156 |
|||
|
P |
|
|
|
Диаметр сварных точек при толщине соединяемых элементов s > 3мм
d = 1,5s + 5 = 1,5 4 + 5 = 11 мм .
Расстояние от оси сварных точек до кромки полосы в направлении, перпендикулярном действию нагрузки
t2 = 1,5 d=1,5 11=16,5 мм.
Ширина сечения полосы из условия размещения сварных точек
B=2 t2=2 16,5=33 мм.
Принимаем В = 34 мм по ГОСТ 6636-69, тогда t2 = 17 мм.
Расчет сварного шва.
Условия прочности сварного шва при односрезном соединении
τ |
4 F |
|
τ CP. |
|
i π d |
2 |
|||
|
|
Допускаемые напряжения среза в сварных швах, выполненных контактной точечной электросваркой
[τ' ]СР = 0,5 [ ]Р = 0,5 156 = 78 МПа .
Количество сварных точек из условия прочности
i |
4F |
|
4 25 10 |
3 |
3,4. |
||
|
|
|
|
|
|||
π d 2 |
τ CP |
3,14 112 |
|
|
|||
|
|
78 |
|||||
Принимаем i = 4.
Шаг сварных точек при сварке двух элементов
t = 3d = 3 11 = 33 мм .
95
НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ
Расстояние от оси сварных точек до кромки соединяемого элемента в направлении действия нагрузки
t1 = 2d = 2 11 = 22 мм.
Перекрытие соединяемых элементов определяем конструктивно
с = ( i – 1 ) t + 2 t1 = ( 4 − 1) 33 + 2 22 = 143 мм.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Расчет сварных соединений и конструкций. Примеры и задачи. Серенко А.Н., Крумбольт М.Н., Багрянский К.В. Киев: Издательское объединение «Ви-
щашкола»,1977.- 336с.
Проектирование сварных конструкций в машиностроении / под ред. С.А.
Куркина. М.:Машиностроение.1975.-376с.
Николаев Г.А., Винокуров В.А. Сварные конструкции. Расчет и проектирование:учебникдлявузов/подред.Г.А. Николаева.– М.:Высш.шк.,1990.–446 с.
Краткий справочник конструктора нестандартного оборудования. В 2 т. / В.И. Бакуменко, В.А. Бондаренко, С.Н. Косоруков и др.; под общ. ред. В.И. Бакуменко. –М.:Машиностроение,1997.Т.1– 544 с.
Гусева Т.И. Расчет и проектирование сварных конструкций. Курсовое проектирование: учебное пособие для студентов машиностроительных техникумов и колледжей по специальности «Технология сварочного производства». – СПб.: Политехника, 1994. –208с.
96
НАУЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………3
1.ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ…………………………………………………………4
2.СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССА СВАРКИ.…………………………………..……5
3.КЛАССИФИКАЦИЯ СВАРКИ………………………………………………8
4.ОСНОВНЫЕ СПОСОБЫ СВАРКИ.…………………………………………9
5.ВИДЫ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ И ШВОВ……………….…………….31
6.ОФОРМЛЕНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ СВАРНЫХ ИЗДЕЛИЙ…………………….48
7.РАСЧЕТЫ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ НА ПРОЧНОСТЬ…………..…..56
7.1.Расчет сварных соединений со стыковыми швами……………..……58
7.2.Расчет соединений с угловыми швами……………………………….60
7.3.Расчет соединений, выполненных точечной сваркой……………….75
7.4.Расчет сварных соединений при переменных нагрузках………........81
8.ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ………………………83
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК……………….........................................97
97