ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.04.2024
Просмотров: 262
Скачиваний: 6
Для повышения выносливости соединения впритык целесооб разно осуществлять его с обеспечением провара по всей толщине основного элемента.
При этом значение эффективного коэффициента концентрации напряжений будет несколько снижено. На основании данных табл. 3.8 его можно принять равным ß = 1,6.
При этом коэффициент снижения расчетных напряжений будет у — 0,35.
Расчетное усилие соединения впритык несколько повысится
Nr = 0,35-126 = 44 тс = 0,44 МН.
Расчетное усилие соединения впритык можно повысить в еще большей степени, если применить еще и дополнительную обра ботку мест перехода. В этом случае
Nr = |
0,56126 = 70,5 тс - 70,5- ІО"2 МН. |
|
Расчетное усилие для |
с о е д и н е н и я н а к л а д к а м и |
|
с л о б о в ы м и |
ш в а м и |
в сечении у швов будет равным соот |
ветствующему значению, полученному для соединения впритык
Nr = 24 тс = 0,24 МН.
Повысить это значение можно путем применения швов с уве личенным катетом по подошве шва и применения местной обра ботки.
Принимая швы с отношением катетов 1 : 2 и применяя местную обработку участков перехода от швов к основному металлу, можно в соответствии с табл. 4.5 принять ß = 1,2. При этом у = 0,46.
Расчетное усилие в этом случае
N, = 0,46. 126 = |
58 тс = |
0,58 МН. |
|
Слабым местом с о е д и н е н и я |
н а к л а д к а м и с л о |
||
б о в ы м и и б о к о в ы м и |
ш в а м и |
является сечение по |
|
накладкам, расположенное у концов продольных швов. |
|||
Расчетное усилие при этом |
|
|
|
Nr = 0,16 -126 = 20,2 тс = |
20,2- ІО '2 МН. |
||
Снизить концентрацию напряжений применением механичес кой обработки в этом сечении нельзя из-за отсутствия доступа к нему.
Возможно несколько повысить расчетное усилие путем уве личения толщины накладок, доведя его значение до значения, определяемого сечением, расположенным у лобовых швов.
Пример 6. Оценить несущую способность различных сварных соединений на основании проведенных расчетов.
Несущая способность отдельных сварных соединений при раз личных видах нагрузки, оцениваемая величиной их расчетного
усилия, может быть представлена данными, полученными в при веденных выше примерах. Данные этих расчетов могут быть све дены в табл. 4.7.
Т а б л и ц а 4.7. Расчетные усилия отдельных
сварных соединений при различных видах нагрузки
|
|
|
|
|
Расчетное |
усилие |
|
|
Наименование |
соединения |
Статическая |
|
Вибрационная |
||||
нагрузка |
|
нагрузка |
|
|||||
|
|
|
|
|
тс (ІО2 МН) |
% |
тс (102 МН) |
% |
Соединение встык: |
|
|
|
|
|
|
||
без |
обработки |
|
|
126 |
100 |
50,5 |
72 |
|
с обработкой |
|
|
126 |
100 |
70,5 |
100 |
||
Соединение впритык: |
|
|
|
|
|
|||
угловыми |
швами |
|
126 |
100 |
24 |
34 |
||
с полным проваром |
|
126 |
100 |
44 |
62 |
|||
» |
» |
» |
и обработкой |
126 |
100 |
70,5 |
100 |
|
Соединение |
внахлестку |
лобовыми |
|
|
|
|
||
швами: |
|
|
|
|
|
|
|
|
соотношение катетов 1 |
: 1 |
126 |
100 |
24 |
34 |
|||
соотношение катетов |
1 : 2 и с |
126 |
100 |
58 |
82 |
|||
обработкой |
|
|
|
|
|
|
||
Соединение |
внахлестку |
лобовыми |
126 |
100 |
20,2 |
29 |
||
и боковыми швами
Результаты этих расчетов показывают, что при статической нагрузке несущая способность всех рассмотренных различных типов сварных соединений является одинаковой и все они являются равнопрочными с основными элементами конструкции.
При вибрационной нагрузке значения расчетных усилий сни жаются.
Значения расчетных усилий при вибрационной нагрузке для всех рассмотренных соединений различны, они зависят от кон центрации напряжений, определяемой конструктивным оформле нием соединения.
Наибольшего значения расчетного усилия при вибрационной нагрузке можно достигнуть путем применения стыковых соедине ний.
Соединения впритык, выполненные с обеспечением полного провара по всей толщине присоединяемых основных элементов, при вибрационной нагрузке также обладают достаточно высокой несущей способностью.
Наиболее |
низкие значения расчетных нагрузок отмечаются |
у сварных |
соединений с накладками. Выносливость сварных |
соединений может быть повышена путем применения местной меха нической обработки. При этом для соединений встык и впритык в этих случаях можно достичь равнопрочности с основными эле ментами конструкции.
Результаты проведенных расчетов показывают также, что наи более слабым местом сварных соединений являются сечения по основному металлу, расположенные на границе сварных швов, так как сами расчетные сечения сварных швов путем увеличения их размеров_ могут быть усилены.
Пример 7. Сконструировать и рассчитать сварное точечное соединение, выполненное контактной сваркой, двух элементов из стали марки Ст. 3, имеющих поперечное сечение размерами 10 X 400 мм2.
Выбираем симметричное соединение с двумя накладками. При мем исходя из условий обеспечения равнопрочности соединения суммарную толщину двух накладок равной толщине основных элементов.
При этом толщина накладки будет равна
10 с sH= -g—= о мм.
Диаметр сварных точек в соответствии с формулой (4.39")
d = 4,3sH= 4,3-5 = 21,5 мм.
Округляя примем d = 22 мм.
Условие равнопрочности сварного точечного соединения и осноных элементов в соответствии с формулой (4.38) может быть выра
жено |
следующим образом: |
|
|
я d2 |
nRTp = FRP. |
|
~ |
|
Здесь |
п — количество срезов |
сварных точек; d — диаметр свар |
ной точки; F — площадь поперечного сечения основного элемента;
Rip — расчетное сопротивление сварной точки на срез; Rp — рас четное сопротивление на растяжение основного металла.
Расчетное сопротивление сварной точки на срез может быть принято равным расчетному сопротивлению на срез основного металла .
При этом в соответствии с данными табл. 4.2 будем иметь:
Яср= 1300 кгс/см2= 130 МПа; Rp = 2100 кгс/см2 = 210 МПа.
Исходя из этого количество срезов сварных точек должно определяться следующим условием:
4FRP ^ |
4-40-2100 |
^ |
" ^ ndzR \l ** 3, 14- 2, 22-1300 " |
'■ |
В соответствии с этим примем |
количество двусрезных точек |
|||||||
я 2 = |
9. |
|
|
|
|
|
|
|
Размещение их может быть принято в два ряда в шахматном |
||||||||
порядке. |
При этом в |
первом ряду можно |
будет расположить |
|||||
4 сварные точки, а во втором — 5. |
|
|
||||||
Шаг в поперечном шве будет |
|
|
||||||
равным |
, |
400 |
0Л |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
г = |
—р— = |
80 мм. |
|
|
|
|
Расстояние от края будет равно |
|
|
||||||
|
|
и ■ ~Y |
40 мм. |
|
|
|
||
В |
продольном |
направлении |
|
|
||||
шаг, а также и расстояние от края |
|
|
||||||
могут быть приняты такими же, |
|
|
||||||
как и в поперечном. |
принятых |
|
|
|||||
При |
сопоставлении |
|
|
|||||
значений размеров, определяющих |
|
|
||||||
размещение сварных точек, с дан |
|
|
||||||
ными табл. |
4.6 можно |
убедиться, |
|
|
||||
что |
они |
превосходят |
предельно |
Рис. 4.12. |
К примеру расчета свар |
|||
допустимые |
для |
них |
значения, |
ного точечного соединения |
||||
определенные исходя |
из |
условия |
считать |
достаточными. |
||||
прочности. |
Поэтому |
их |
можно |
|||||
Конструкция принятого соединения представлена на рис. 4.12. Пример 8. Определить значение эффективного коэффициента концентрации напряжений сварного точечного соединения из стали марки Ст. 3 на основании следующих данных, полученных экспериментальным путем: предел прочности ов = 45 кгс/мм2 = = 450 МПа; предел выносливости ork = 17 кгс/мм2 = 170 МПа;
характеристика цикла г — 0,5.
В соответствии с формулой (4.16) имеем
2фав
°rk = (ß + 40— (ß — 40 г
Для стали марки Ст. 3 принимаем ф = 0,35.
В этом выражении все величины, за исключением ß, известны. Решая его в отношении ß, будем иметь
2а” |
(1 + Н |
|
—р=г"— О + |
0,5) |
ß = Ф Ork |
1■ |
= 0,35 |
1— 0,5 |
■= 2,67. |
Г л а в а V
ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ СВАРНЫХ к о н с т ру к ц и й
§ 19. ОСОБЕННОСТИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Применение сварки предоставило большие возможности в деле механизации и автоматизации производственных процессов, что создало благоприятные условия для достижения более высоких показателей качества выпускаемой продукции при одновременном значительном повышении производительности труда.
Однако для полного использования всех преимуществ сварных конструкций необходимо учитывать некоторые особые свойства, которые выдвинули ряд новых требований по отношению к при меняемым материалам, формы сопряжений и узлов, а также к тех нологии их изготовления.
Процесс сварки оказывает значительное тепловое воздействие на металл, которое может привести к существенным изменениям свойств основного металла, а также является причиной появления остаточных деформаций и напряжений в конструкции.
Влияние процесса сварки на металл. В результате сосредото ченного местного теплового воздействия в зоне шва происходят изменения свойств металла, связанные с процессами плавления, кристаллизации, возможными структурными превращениями, а также с местными пластическими деформациями.
Степень изменения свойств металла в районе шва зависит не только от теплового режима процесса сварки, но и от свойств основного металла.
При этом основной металл конструкции должен обладать свой ствами, обеспечивающими его высокую эксплуатационную проч ность и достаточно высокую технологическую прочность, т. е материал сварных конструкций должен выдерживать без разру шения усилия, возникающие в процессе сварки.
Правильный выбор основного металла должен обеспечивать необходимые свойства металла на тех участках элементов, которые расположены непосредственно в зонах сварных швов и подвер гаются тепловому воздействию процесса сварки.
Свойствами основного металла, а также металла шва, опре деляется и степень того влияния, которое могут оказать свароч ные напряжения на прочность конструкции.
Обеспечение высокой технологической и эксплуатационной прочности достигается не только выбором материала и конструк
тивных форм, но также и технологией изготовления сварной конструкции.
Основной технологической мерой борьбы с появлением трещин в процессе изготовления конструкций является выбор теплового режима сварки.
При изготовлении сварных конструкций следует учитывать также монолитность и жесткость их узлов. При этом необходимо обеспечивать такую последовательность сборки и сварки, при ко торой исключалась бы возможность создания жестких ограничений для перемещений отдельных свариваемых элементов и не созда валась бы опасность появления нежелательных деформаций и напряжений.
Наиболее сильно опасность появления разрушений от жест кого закрепления отдельных частей конструкции проявляется при сварке монтажных стыков. Поэтому в этих случаях принимают особые меры с целью предупреждения появления реактивных на пряжений и снижения опасности преждевременного разрушения.
Значение конструктивных форм. Наличие весьма тесной вза имной связи и значительного влияния, которое оказывают друг на друга материал, конструктивные формы соединений и техно логия изготовления является характерной особенностью сварных конструкций.
Выбранные конструктивные формы в известной степени опре деляют выбор методов и технологии сварки. Принятая техноло гия, в свою очередь, влияет на изменение свойств металла и на точность выполнения проектных размеров и формы, а также на возникновение в конструкции определенного начального напря женного состояния.
Вкачестве примера, раскрывающего большое значение вопро сов, связанных с выбором материала, форм соединений и техно логии изготовления сварных конструкций, можно рассмотреть применение их в мостостроении.
Вначале 30-х годов было построено 29 пролетных строений. Все эти конструкции в основном копировали старые формы. Основ ным соединением при этом было соединение внахлестку. Все сты ковые швы «усиливались» накладками. Применение таких форм привело к тому, что после сравнительно непродолжительного времени эксплуатации в этих пролетных строениях стали появ
ляться трещины в местах наибольшей концентрации напряжений и они были заменены.
В годы Великой Отечественной войны применение сварки в пролетных строениях железнодорожных мостов расширилось (особенно на временно прокладываемых линиях). В этих условиях значительная часть пролетных строений была выполнена из мате риалов, мало пригодных для сварных конструкций. Формы соеди нений и технология изготовления этих конструкций также не отвечали тем требованиям, которые приняты для них в настоя щее время. И хотя все эти временные конструкции прослужили
