Допускаемые напряжения

Многообразие факторов, влияющих на прочность сварных соединений, а также приближенность и условность расчетных формул, вызывают необходимость экспериментального определения допускаемых напряжений. Принятые нормы допускаемых напряжений для сталей при статических нагрузках приведены в таблицах. Фактически там приводится значение  - коэффициента прочности сварного шва.

При переменных нагрузках расчет выполняют по максимальному напряжению цикла (_max и _max ), а значения допускаемых напряжений снижают умножением на коэффициент

,

где k_ – эффективный коэффициент концентрации напряжений;

a, b – константы; - коэффициент асимметрии цикла.

Верхние знаки в формуле применяют для растягивающих напряжений, нижние - для сжимающих.

Лекция №23 Заклепочные соединения

Заклепочными называют неразъемное соединение деталей (обычно листовых) с помощью заклепки – сплошного или полого цилиндрического стержня с закладной головкой.

Конструктивные формы заклепок:

а) с полукруглой головкой;

б) с потайной головкой;

в) с плоской головкой;

г) с полукруглой головкой;

д) с полупотайной головкой;

е) пустотелая.

Соединение собирают путем установки заклепок в предварительно подготовленные отверстия в деталях и последующей осадки клепки специальным инструментом второй замыкающей головки (рис. 23.1).

Рис. 23.1

1.- обжимка;2 - прижим; 3 - формируемая головка;4 - поддержка.

Соединения применяют в основном в авиа и судостроении, металлоконструкциях и других изделиях, в которых внешние нагрузки действуют параллельно плоскости стыка, а применение сварки, пайки и склеивания оказывается невозможным по конструктивным или технологическим соображениям.

По назначению различают прочные, плотные (герметичные) и прочноплотные соединения.

Прочными называют соединения, основная задача которых состоит в передаче нагрузки.

Плотные соединения должны обеспечивать главным образом герметичность конструкции (например, топливные баки).

Прочноплотные соединения служат как для передачи нагрузки, так и для обеспечения герметичности конструкции.

По конструкции различают соединения:

1. Внахлестку (рис. 23.2)

Рис. 23.2

d=S+8 мм;

t=2d+8 мм;

l=1,35d.

2. Встык с одной прокладкой (рис. 23.3)

Рис. 23.3

d=S+8 мм;

t=2d+8 мм;

l=1,35d…1,5d;

S₁=1…1,25S.

3. Встык с двумя накладками (рис. 23.4)

Рис. 23.4

d=S+(5…6) мм;

t=2,6d+10 мм;

l=1,35d;

l₁=3d;

S₁=(0,6…0,7)S.

Заклепки в соединении располагают рядами или в шахматном порядке. Основные недостатки соединений связаны с невысокой технологичностью и высокой трудоёмкостью изготовления, а также сложностью контроля качества.

Заклепки изготавливают из пластичных (d³15%) сталей 15, 20, 09Г2, 20ХМА, 20ГА и др. алюминиевых сплавов В65, АД-1, АМг5Г, и др. титановых сплавов ОТ4, ВТ16 и др.

Расчет соединений при симметричном нагружении

Принимают, что нагрузка равномерно распределяется между всеми одиночными соединениями. В нахлесточных и стыковых соединениях с одной накладкой, называемых односрезными, заклепки работают на срез и изгиб из-за несовпадения плоскостей действия сил F, то есть под действием момента M= F a (рис. 23.5). Момент возрастает с увеличением толщины листов; он воспринимается стержнем и головками заклепки, вызывая их деформации (сдвиг и изгиб). В результате контактные напряжения s_k между листами и стержнем заклепки, уравновешивающие силы F, будут неравномерно распределяться по высоте заклепки и в окружном направлении, концентрируясь вблизи стыка листов.

Характер распределения нагрузки по высоте заклепки будет зависеть от соотношения изгибных податливостей головки и стержня. При податливой головке нагрузка по длине соединения распределяется так, что часть изгибающего момента воспринимается головкой. В заклепке с очень податливой головкой последняя не воспринимает изгибающего момента. Изгиб головки вызывает концентрацию напряжений в зоне сопряжения её со стержнем, а также концентрацию контактных напряжений на опорных поверхностях. Это создает угрозу усталостного обрыва головки (опасное сечение показано волнистой линией) и возникновения фреттинг-коррозии и трещин в зонах контакта. Отверстия в соединяемых листах являются источником значительной концентрации ( в точке В) и причиной возникновения усталостных трещин и разрушения листов (опасное сечение показано волнистой линией). Наиболее распространены повреждения заклепочных соединений, связанные со срезом заклепок, обрывом головок, смятием стенок отверстий возникновением и развитием трещин вблизи отверстий, приводящих к разрушению листов.