ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.04.2024
Просмотров: 254
Скачиваний: 6
Конечным участком сварного соединения, принимающим на себя всю передаваемую нагрузку, являются сварные точки, рабо чая площадь которых определяется их диаметрами и их общим количеством.
Не менее важным участком точечно-сварного соединения яв ляется также и промежуточный участок перехода от основного элемента к сварным точкам.
Размеры этого участка определяются размерами основного элемента и сварной точки. В зависимости от условий работы со единения этот участок может характеризоваться двумя значе ниями своих рабочих площадей. Одна из рабочих площадей участка перехода (отнесенная к одному срезу сварной точки) К0 = bs0 представляет собой часть поперечного сечения основного элемента, расположенную непосредственно перед сварной точкой в зоне наибольшей концентрации напряжений. Эта рабочая площадь определяется шириной зоны Ь, передающей нагрузку на сварную
точку |
(рис. 4.9), и толщиной основного элемента в этом месте s0. |
Другая |
рабочая площадь переходного участка Fn = nds, непо |
средственно примыкающая к сварной точке, определяется пери метром окружности сварной точки и толщиной основного эле мента S .
Для всех этих участков (в общем случае), кроме различий по форме и размерам рабочих сечений, имеют место еще и разли чия в свойствах их материала.
Все отмеченные участки соединения принимают участие в пере даче нагрузки, и поэтому между размерами, определяющими их расчетные сечения, могут быть установлены определенные соот ношения исходя из условий обеспечения необходимой проч ности соединения.
При передаче осевых нагрузок таким необходимым условием будет условие равнопрочности для всех этих участков сварного соединения.
Условие, выраженное формулой (4.38), представляет собой условие равнопрочности для двух первых из названных участков: основного элемента и сварных точек. Однако участок перехода условием (4.38) не учитывается. Поэтому необходимы дополни тельные условия, которыми участок перехода мог бы быть связан с основным элементом и сварными точками.
Все усилие, передаваемое с основного элемента на сварную точку, должно пройти через участок перехода, и поэтому условия равнопрочности в соответствии с двумя значениями рабочих пло щадей участка перехода могут быть выражены в виде двух сле
дующих зависимостей: |
|
^-2[т'] = nds [ст]; |
(4.39) |
[г'] = bs [а] = kds [а]. |
(4.40) |
ПО |
|
Здесь s — толщина |
основного элемента, отнесенная к одному |
срезу сварной точки; |
b — ширина зоны основного элемента, при |
ходящаяся на одну сварную точку; [о ] — допускаемое условное продольное напряжение по периметру сварной точки.
В левых частях равенств (4.39) и (4.40) представлено допусти мое усилие, приходящееся на один срез сварной точки. В правой части равенства (4.39) представлено допустимое усилие, приходя щееся на площадь Fn, расположенную по периметру сварной точки.
Допускаемое напряжение для этого сечения [а] в связи с неко торой условностью действующих в этом сечении продольных на пряжений окончательно устанавливается по экспериментальным данным.
В правой части равенства (4.40) представлено допустимое уси лие, приходящееся на площадь переходного участка F0 = bs0.
Коэффициент k = -g-, выражающий соотношение между шириной
переходного участка и диаметром сварной точки, зависит от усло вий распределения напряжений в этом сечении и может быть установлен на основании экспериментальных данных.
Из условия (4.39) можно получить следующее выражение, определяющее соотношение между диаметром сварной точки и толщиной основного элемента:
d = 4г-тг S = ms, |
(4.39') |
IT '] |
|
где
На основании данных, полученных экспериментальным путем, можно принять для точечно-сварных соединений из стали марки Ст. 3 следующее значение этого отношения:
т = 4 = 4,3. (4.39")
Действительное напряженное состояние сварного точечного соединения является значительно более сложным, чем это при нято при упрощенном расчете. В действительности даже при осе вой нагрузке сварная точка испытывает кроме среза еще и изгиб, который для соединений с двусторонним нахлестом обычно не учитывают. Для крайних элементов нахлесточного соединения изгиб является более значительным, так как рабочая площадь сварной точки, прикрепляющей крайние элементы к среднему, расположена с некоторым эксцентриситетом по отношению к их продольной оси.
Наличие изгиба приводит к тому, что при выборе соотношений между отдельными размерами соединения необходимо учитывать
Ш
также и условия работы сварной точки на отрыв, возможный в ре зультате появления нормальных напряжений от изгиба.
Экспериментальная проверка прочности сварной точки на от рыв проводится на образце, представленном на рис. 4.10, а.
По условию передачи растягивающего усилия с изогнутого элемента образца на сварную точку наиболее напряженными ока-
Рис. 4.10. Образец для испытания сварного точечного соединения на отрыв (а) и расчетная эпюра распределения в нем напряжений (б)
зываются участки, расположенные вблизи крайних точек про дольной оси сечения сварной точки (точки А на рис. 4.10). Участки, расположенные по поперечной оси сечения (по оси ВВ на рис. 4.10), оказываются нагруженными весьма слабо.
При применении упрощенных расчетов для учета такой не равномерности обычно снижают значения допускаемых напря жений.
Если в соответствии с эпюрой на рис. 4.10, б принять распре деление нормальных напряжений в сечении сварной точки по линейному закону (который соответствует не только условиям данного неравномерного распределения нормальных напряжений при отрыве, но также соответствует и изгибу), то усилие, прихо-
дящееся на элементарную единичную площадку, может быть выра жено следующим образом:
dP1 = oxdF.
В соответствии с рис. 4.10, б можно написать
dF = bxdx = -j-d*.
После подстановки и интегрирования получим
4о |
d / 2 |
ad |
|
Jx 2d x = |
|||
Ру W |
~бГ' |
||
|
о |
|
Если считать, что закон распределения касательных напряже ний в сечении переходной зоны по периметру сварной точки дол жен быть подобным закону распределения нормальных напряже ний в сечении сварной точки, то из равенства усилий, приходя щихся на соответствующие единичные площадки, следует:
Ру = Ту
или
откуда |
|
d = — s = |
4,3s, |
rt |
» » |
что близко подходит к значениям, полученным эксперименталь ным путем.
Из условия (4.39) можно видеть, что с увеличением диаметра сварной точки значение допустимого для нее усилия Ясв растет быстрее, чем значение усилия, допустимого для переходной зоны Рп.
Это связано с тем, что рабочая площадь сварной точки FCBпро порциональна квадрату диаметра точки, тогда как рабочая пло щадь переходной зоны Еп пропорциональна только его первой степени.
При выборе диаметра сварной точки превышать значение, установленное соотношением (4.39"), нецелесообразно, так как запас прочности сварной точки при этом будет чрезмерно повы шенным, а слабым местом соединения станет ее переходная зона.
При этом также нарушается условие равнопрочности, поло женное в основу формулы (4.38), которая поэтому в этйх условиях становится уже неприменимой.
ИЗ
При работе соединения на осевую силу весьма интенсивному нагружению подвергается поперечное сечение, расположенное не посредственно у сварной точки.
В этом сечении нормальные напряжения распределены не равномерно. Наибольшая концентрация напряжений имеет место в средней части сечения, тогда как крайние части этого сечения нагружены незначительно. В таких условиях увеличение ширины поперечного сечения элемента сверх некоторого определенного предела не может повысить его несущую способность. В связи с этим, как показывают результаты экспериментальных исследо ваний, необходимо ограничить ширину участка площади попереч ного сечения элемента.
Такое ограничение ширины участка, приходящегося на одну сварную точку, может быть установлено на основании экспери
ментальных данных. |
получить следующее |
выражение: |
Из условия (4.40) можно |
||
d = : — j~ k s = ms. |
(4.40') |
|
л |
[т ] |
ѵ |
Сопоставляя это выражение с формулой (4.39'), найдем
откуда, принимая т = 4,3, а также
іт' ] _Rcр ^ л 7
[о]R ~ ’ »
окончательно будем иметь
£ ~ 4,3-^- 0,7 я» 2,4.
Таким образом, из условия (4.40) следует, что наибольшая ширина сечения участка переходной зоны составляет
Ь ^ 2 М - |
(4.40") |
У точечно-сварных соединений (в отличие от соединений кле паных конструкций) ослабление сечения отверстиями отсутствует, в связи с чем определение минимальных размеров для шага точек в поперечном шве (а также и для расстояния их от края прикреп ляемой детали) не должно быть связано с условиями прочности.
Вполне очевидно, что по условиям прочности может быть до пустимым даже такое уменьшение шага сварных точечных швов, которое превращает их в непрерывные сплошные швы, являю щиеся не менее прочными, чем любые прерывистые швы.
В случае применения сложных профилей возникает необхо димость размещения сварных точек в продольном направлении, т. е. создание продольных рядов.
