На что в инженерной практике рассчитывают прочность лобового шва нахлесточного соединения ответ

18.10.202317.06.2023 admin 0 Comments

Электронная библиотека

Расчет угловых швов всех типов (см. рис. 2.3) унифицирован и производится по единым формулам. При действии силы условия прочности имеют вид

Формулы (2.3) и (2.4) относятся непосредственно к фланговым швам, а к лобовым швам применяются условно.

Расчет на прочность фланговых швов

Основными напряжениями фланговых швов при нагружении силой F являются касательные напряжения (τ) в сечении (рис/ 2.8). По длине шва напряжения τ распределены неравномерно. На концах они больше, чем в середине шва. С увеличением длины фланговых швов и разности податливостей соединяемых элементов возрастает неравномерность распределения напряжений, поэтому длина этих швов ограничена. Расчет таких швов выполняют по среднему напряжению τ:

В тех случаях, когда короткие фланговые швы не достаточны для выполнения условия равнопрочности, соединение усиливают прорезными швами (рис. 2.9) или лобовым швом. Условие прочности (2.5) соединения с прорезным швом при примет вид:

где – длина прорезного шва.

Рис. 2.8. Соединение фланговыми швами

Фланговые швы следует располагать так, чтобы они были нагружены равномерно и не вызывали изгиба соединяемых элементов. Поэтому сварку симметричных элементов следует проводить симметрично расположенными швами.

При сварке несимметричных профилей (рис. 2.10) предполагается, что сила F проходит через центр тяжести поперечного сечения несимметричного профиля. В данном случае нагрузка на фланговые швы распределяется по правилу рычага:

где и – нагрузки, действующие на швы; и – расстояние от центра тяжести поперечного сечения несимметричного профиля до центров тяжести сечений швов.

Рис. 2.9. Соединение фланговыми и прорезным швами

Рис. 2.10. Соединение несимметричных профилей

Швы рассчитывают по соответствующим нагрузкам, следовательно, длины швов будут пропорциональны этим нагрузкам. Для равнобоких уголков приближенно принимают:

где – общая длина фланговых швов.

Если соединение нагружено моментом (М), действующим в плоскости стыка соединяемых элементов (рис. 2.11), то напряжение от момента распределяется по длине флангового шва неравномерно, а их векторы направлены различно (рис. 2.11, а). Напряжения пропорциональны плечам и перпендикулярны к ним.

Рис. 2.11. Нагружение фланговых швов моментом

Для сравнительно коротких швов ( ), распространенных на практике, условно полагают, что напряжения направлены вдоль фланговых швов и распределены по длине швов равномерно (рис. 2.11, б). В данном случае проводится приближенный расчет на прочность по формуле:

Расчет на прочность лобовых швов

Напряженное состояние лобового шва неоднородно. Происходит значительная концентрация напряжений, связанная с резким изменением сечений соединяемых элементов в месте сварки и эксцентричным приложением нагрузки. Основными являются касательные напряжения (τ) в плоскости стыка элементов и нормальные напряжения (σ) в перпендикулярной плоскости.

В инженерной практике принято рассчитывать на прочность лобовые швы только по касательным напряжениям (τ). За расчетное сечение так же, как и во фланговых швах, принимают сечение по биссектрисе прямого угла (см. рис. 2.5). Как подтверждает практика, именно по этому сечению происходит разрушение шва. В данном случае при действии силы F (см. рис. 2.3, а; здесь длина шва l равна ширине соединяемых элементов b) условие прочности имеет вид (2.3) или (2.4).

Рис. 2.12. Нагружение лобового шва моментом М

При нагружении лобового шва моментом M, действующим в плоскости стыка соединяемых элементов (рис. 2.12), расчет на прочность носит также условный характер. Условие прочности на срез в данном случае записывают по аналогии с условием прочности на изгиб:

При совместном действии силы (F) и момента (M) условие прочности лобового шва имеет вид:

Расчет на прочность комбинированных швов

Расчет на прочность комбинированных соединений лобовыми и фланговыми швами носит приближенный характер и основан на следующих допущениях:

· швы работают независимо;

· фланговые швы короткие и передают только силы, направленные вдоль своей оси;

· катет шва (k) мал по сравнению с размером b.

При нагружении комбинированных швов силой F (рис. 2.13, а) условие прочности имеет вид:

При нагружении комбинированных швов моментом (M) (рис. 2.13, б) в соответствии с принятыми допущениями внешний момент (M) уравновешивается парой сил во фланговых швах и моментом лобового шва :

При формула (2.9) принимает вид:

Ввиду своей простоты формула (2.10) может быть использована и при проектном расчете.

Рис. 2.13. Комбинированные соединения лобовым и фланговыми швами

При совместном действии на комбинированный шов силы (F) и момента (M) условие прочности имеет вид:

где – касательное напряжение от действия силы F, определяемое по формуле (2.8); – касательное напряжение от действия момента (M), определяемое по формулам (2.9) или (2.10).

Срочно?
Закажи у профессионала, через форму заявки
8 (800) 100-77-13 с 7.00 до 22.00

Источник

Детали машин

Сварные швы

Типы сварных швов и их характеристика

По конструктивным признакам (по взаимному расположению соединяемых элементов) сварные соединения разделяют на:

На рисунке 1 приведены примеры перечисленных выше типов сварных швов.

В зависимости от типа сварного шва различают сварные соединения:

Сварные швы разделяют на рабочие и связующие. На прочность рассчитывают только рабочие швы, которые непосредственно передают рабочую нагрузку между соединяемыми элементами.
Связующие швы испытывают напряжения только от совместной деформации с основным металлом. Они мало нагружены и на прочность их не рассчитывают.

Сварные стыковые соединения

Стыковым соединением называется сварное соединение двух элементов, примыкающих друг к другу торцевыми поверхностями и размещенных на одной поверхности или в одной плоскости.

Стыковые соединения являются наиболее простыми и надежными из всех сварных соединений. Их рекомендуют в конструкциях, подверженных воздействию переменных напряжений.
Встык можно сваривать листы, полосы, трубы, швеллеры, уголки и другие фасонные профили.
Если стыковое соединение образуют два металлических листа, то их сближают до соприкосновения по торцам и сваривают.

Выступ стыкового шва над основным металлом является концентратором напряжений. Поэтому в ответственных соединениях его удаляют механическим способом.

При автоматической сварке в зависимости от толщины δ деталей сварку выполняют односторонним (рис. 1, б, в, г) или двусторонним (рис. 1,а) швами.
При толщинах δ до 15мм сварку выполняют без специальной подготовки кромок. При большей толщине листов предварительно выполняют специальную подготовку кромок.

Расчет стыкового соединения выполняют по размерам сечения детали в зоне термического влияния.
Условие прочности при нагружении растягивающей силой F соединения в виде полосы:

Как уже указывалось выше, стыковое соединение может быть выполнено не только из листов или полос, но и из труб, уголков, швеллеров и других фасонных профилей. Во всех случаях сварная конструкция получается близкой к целой.

Сварные нахлёсточные соединения

В швах длиной менее 30 мм не успевает установиться тепловой режим и получается некачественный шов. А при длинных швах существует высокая неравномерность в распределении напряжений.

Условие прочности флангового шва (рис. 2) :

τ = F/(a×2l) ≤ [τ]’ (здесь 2 – число швов)

Применяют также комбинированные швы, состоящие из фланговых и лобовых.
Для простоты считают, что сила F растяжения нагружает швы равномерно:

где: L – периметр комбинированного шва : L = 2l +b

Сварные угловые соединения

Иногда при сварке применяют угловое соединение со стальной подкладкой, которая обеспечивает надежный провар элементов по всему сечению. При толщине металла 8. 100 мм применяют двустороннюю разделку примыкающего элемента под углом примерно 45°.

Расчеты угловых сварных соединений на прочность проводятся редко, поскольку в силовых конструкциях их почти не применяют. Способы расчета такого соединения на прочность аналогичны способам расчетов для таврового соединения и зависит от типа шва.
Подробнее методика таких расчетов изложена ниже.

Сварные тавровые соединения

Метод расчета углового и таврового соединения зависит от типа шва.

Швы с глубоким проплавлением прочнее основного металла. При нагружении соединения силой F разрушение происходит по сечению детали в зоне термического влияния. Расчет проводят по нормальным напряжениям растяжения σ_р :

Учет сварки проявляется в том, что принимают допускаемые напряжения для сварного шва, хотя расчет проводят по основному металлу.

Угловой шов менее прочен, чем основной металл. Поверхность разрушения расположена в биссектральной плоскости шва, как в лобовых и фланговых швах нахлесточных соединений.

Если соединение нагружено сжимающей силой, то часть силы передает основной металл и допускаемые напряжения можно повысить примерно на 60 %.

Характерные виды брака в сварных швах и соединениях

На рисунке 4 представлены наиболее часто встречающиеся виды брака при сварке изделий, которые могут значительно снизить прочность шва и конструкции в целом.

Сравнительная характеристика сварных швов

Нахлесточные соединения наиболее просты в работе, так как не нуждаются в предварительной разделке кромок, и подготовка их к сварке проще, чем стыковых и угловых соединений. Вследствие этого, а также из-за конструктивной формы некоторых сооружений они получили распространение для соединения элементов небольшой толщины, но допускаются для элементов толщиной до 60 мм.
Недостатком нахлесточных соединений является их неэкономичность, вызванная перерасходом основного и наплавленного металла. Кроме того, из-за смещения линии действия усилий при переходе с одной детали на другую и возникновения концентрации напряжений снижается несущая способность таких соединений.

Кроме перечисленных сварных соединений и швов при ручной дуговой сварке применяют соединения под острыми и тупыми углами по ГОСТ 11534-75, но они встречаются значительно реже.
Для сварки в защитном газе, сварки алюминия, меди, других цветных металлов и их сплавов применяют сварные соединения и швы, предусмотренные отдельными стандартами. Например, форма подготовки кромок и швов конструкций трубопроводов предусмотрена ГОСТ 16037-80, в котором определены основные размеры швов для различных видов сварки.

Источник

Расчет сварных стыковых и нахлесточных соединений

15.10.Расчет стыковых соединений.

Швы этих соединений работают на растяжение или сжатие в зависимости от направления действующей нагрузки (рис. 15.11, а и б). Основным критерием работоспособности стыковых швов является их прочность. Соединение разрушается в зоне термического влияния и рассчитывается по размерам сечения детали по напряжениям, возникающим в материале детали.

Рис. 15.11. К расчету стыковых соединений

Проверочный расчет прочности шва на растяжение.

(15.1)

где σ’_р, [σ ‘]_р — расчетноеи допускаемое напряжения на растяжение для

шва (табл. 15.1); F — нагрузка, действующая на шов; δ — толщина детали (толщину шва принимают равной толщине детали); l_ш — длина шва.

Проектировочный расчет. Целью этого расчета является определение длины шва.

Исходя из основного условия прочности (15.1), длину стыкового шва при действии растягивающей силы определяют по формуле

(15.2)

Таблица 15.1. Допускаемые напряжения для сварных соединений деталей из низко- и среднеуглеродистых сталей при статической нагрузке

Вид деформации, напряжение	Автоматическая и полуавтоматическая сварка под флюсом	Ручная дуговая электродами
Э50А, Э42А	Э50, Э42
Растяжение [σ ‘]_р	[σ ]р	[σ ]_p	0,9[σ]_р
Сжатие [ст’]_сж	[σ ]р	[σ]_р	[σ ]р
Срез [т’]_ср	0,65[σ]_р9	0,65[σ]_р	0,6[σ]_р

На практике встречается случай, когда по расчету l_ш > b (b — ширина детали). Какое решение следует принять в этом случае?

15.11.Расчет угловых швов нахлесточных соединений.

При действии осевой растягивающей (или сжимающей) силы считают, что срез угловых швов происходит по сечению /—/ (рис. 15.12), проходящему через биссектрису прямого угла.

Рис. 15.12.К расчету соединения внахлестку. Лобовой шов

Опасным напряжением считают касательное напряжение и расчет ведут на срез (напряжениями изгиба пренебрегают). Для нормальных угловых швов длина биссектрисы

(15.3)

где h — длина биссектрисы (высота шва в опасном сечении); К — катет шва (принимается не менее 3 мм).

Проверочный расчет. Условие прочности одностороннего лобового шва на срез:

(15.4)

где τ’_ср, [τ’]_ср — расчетное и допускаемое напряжения среза для шва (см.

табл. 15.1); l_ш — длина шва; F — нагрузка, действующая на шов.

Проектировочный расчет. Длину одностороннего лобового углового шва (см. рис. 15.12) при осевом нагружении определяют по формуле

(15.5)

длина двустороннего лобового углового шва

(15.6)

Фланговые угловые швы (см. рис. 15.5, б) рассчитывают по уравнению (15.6), т. е. аналогично рассмотренному случаю расчета двустороннего лобового шва. Во фланговых швах нагрузка по длине шва распределяется неравномерно (по концам шва увеличивается), поэтому длину фланговых швов стараются ограничить l_ш

Источник

На что в инженерной практике рассчитывают прочность лобового шва нахлесточного соединения ответ

Тестовые вопросы по теме «Сварные соединения»

1. неразъемные соединения

2. разъемные соединения

3. условно разъемные соединения

4. условно неразъемные соединения

Выберите верный ответ.

— Прочность сварного соединения проверяется по материалу:

— Сварные стыковые швы обычно рассчитываются на:

— Достоинство м( ами ) сварных соединений по сравнению с заклепочными является( ются ) …

1. низкая трудоемкость процесса изготовления

2. снижение массы конструкции

3. хорошее восприятие вибрационных нагрузок

4. простота контроля качества соединения

— По каким напряжениям рассчитывают лобовые швы в инженерной практике?

— Недостатко м( ами ) сварных соединений по сравнению с заклепочными является( ются ) …

1. высокая трудоемкость процесса изготовления

2. увеличение массы конструкции

3. плохое восприятие вибрационных нагрузок

4. сложность контроля качества соединения

1. хороший контроль качества шва

2. хорошая работа при переменных нагрузках

3. экономия металла по сравнению с другими типами соединений

4. устойчивость к разрывным нагрузкам

— Сварные соединения получили широкое распространение благодаря следующим достоинствам:

1. высокая технологичность сварки

2. меньше масса сварных конструкций по сравнению с литыми и клепаными

3. возможность получения сварного соединения, равнопрочного основному металлу

4. возможность получения герметичных соединений

5. возможность создания в процессе сварки сильных концентраторов напряжений

Укажите пункт, не являющийся достоинством сварных соединений.

— Какие бывают типы сварных швов:

Выберите правильный ответ.

1. повышения прочности

2. создания неразъёмных соединений

3. удобства разборки

4. создания разъёмных соединений

1. посредством пластического холодного деформирования

Выберите правильный вариант (варианты) ответа.

3. низко- и среднеуглеродистые стали

4. легированные стали

1. повышает прочность

3. концентрирует напряжения

4. облегчает разборку

— Сварные соединения, полученные с помощью стыкового сварного шва (сила приложена перпендикулярно шву), рассчитывают:

1. на прочность по напряжениям изгиба

2. на жесткость по максимальной стреле прогиба

3. на прочность по напряжениям растяжения (сжатия)

4. на прочность по напряжениям среза

5. на прочность по напряжениям смятия

Выберите правильный ответ.

— Из списка факторов, влияющих на выбор допускаемых напряжений, для расчета сварных соединений исключите фактор, являющийся ложным:

1. технология сварки

2. расчетная длина шва

3. форма поперечного сечения шва

4. механические характеристики материалов свариваемых деталей

5. коэффициент запаса прочности

6. характер нагрузки, действующий на соединяемые детали

Выберите правильный вариант (варианты) ответа.

— Выберите выражение, которое можно отнести к описанию шва сварного соединения, конструкция которого приведена на рисунке:

3. стыковой прямой шов

4. стыковой косой шов

5. комбинированный шов

Выберите правильный ответ.

— По взаимному расположению деталей сварное соединение, изображенное на рисунке, является:

1. стыковое; угловым

2. стыковое; стыковым

3. торцевое; угловым

4. торцевое; стыковым

5. тавровое; стыковым

— По отношению к действующей нагрузке сварные швы, изображенные на рисунке, являются:

— К какому типу по расположению деталей относится соединение, изображенное на рисунке:

5. торцевому
В ыберите правильный ответ.

— По каким напряжениям следует рассчитывать сварное соединение, изображенное на рисунке:

Выберите правильный ответ.

1. лобовым угловым; на срез;

2. лобовым стыковым; на растяжение;

3. фланговым угловым; на срез;

4. фланговым стыковым; на растяжение;

5. фланговым угловым; на растяжение.

— Изображенное на рисунке сварное соединение называется …

— Наибольшую экономию металла дает сварное соединение …

4. нахлесточное с прорезными швами