Расчет на прочность.

Все расчеты на прочность приближенные, для их корректирования используется опыт эксплуатации и результаты экспериментов.

Соединение встык рассчитывают на растяжение или сжатие. Условие прочности выражено неравенством: σ =

где N = F - нормальная сила в поперечном сечении детали; h - толщина свариваемой детали (утолщение в зоне сварки не учитывается); l - длина шва.

Косые швы, где в сечении действуют и нормальные σ_B = σ cos²α,

σ = N/A и касательные τ_a = 0,5σsin2α, напряжения, рассчитывают по эквивалентному напряжению: σ_экв =

Если детали, сваренные встык, работают на изгиб, на изгиб с растяжением (сжатием), то рассчитываются:

где предполагается равнопрочность сварного шва и деталей.

При назначении допускаемого напряжения для некоторых материалов вводится коэффициент для учета ослабления в зоне сварного шва:

Лобовые и фланговые швы деталей, соединенных в нахлестку, при растяжении рассчитываются на срез:

За расчетную площадь принимается наименьшая площадь сечения шва

А = 0,7kl, поперечная сила Q = F. Если в соединении несколько швов, длина принимается, как сумма l = l_л +2l_ф. Если на шов действует сила, линия действия которой не проходит через центр жесткости соединения, то расчет ведем на кручение:

Полярный момент инерции находим как сумму осевых моментов инерции:

I₀ = I_z + I_X

При сварке косынки и стержня несимметричного (неравнополочного) уголкового профиля, нагруженных силой, проходящей через центр тяжести сечения стержня. Для каждого шва находят силы с учетом эксцентрицицета приложения силы:F₁ = F₂ =

Тавровые соединения, нагруженные постоянными силами, свариваются без подготовки кромок, при циклическом изменении напряжений кромки разделываются. Катет угловых швов k ≤ 1,2h h - меньшая толщина деталей. Силы, приложенные к соединению, приводятся к центру тяжести соединения. Главный вектор F_c и главный момент M_c раскладываются по осям х и у, определяются моменты инерции сечения шва относительно осей х, у:

I_x = 0,7 , I_y =

и точки, наиболее удаленные от центральных осей:

y_max = , x_max =

По значениям находят полярный момент инерции и определяют условное касательное напряжение: , в точке наиболее удаленной от центра сечения сварного шва, определяемой ρ_max.

Детали с плоскими поверхностями при общей толщине иногда соединяются точечной сваркой. Шаг сварных точек, как и шаг заклепок t ≤ 3d, диаметр расплавленного цилиндра 1,2h + 4< d< 1,5 h + 5мм, расстояние до края детали а ≥ 2d в направлении действия внешней силы, а в поперечном направлении а ≥1,5d

Расчет ведется по касательным напряжениям в сечении расплавленного цилиндра: , где n - число сварных точек, m - число плоскостей среза, F - сила, действующая на соединение. Практически нагрузка по «точкам» неравномерна. Эту неравномерность учитываем снижением допускаемого напряжения на 10-20%. Число сварных «точек» не должно быть больше 4 (n ≤ 4).

При постоянных силах и постоянном положении швов относительно линии действия силы для стыковых для стыковых швов допускаемые напряжения такие же, как и для соединяемых деталей: , S_T = 1,6…2,5

Для точечной сварки [σ] = (0,2…0,3) [σ_r ], [τ]=(0,3…0,5)[σ]

При циклическом изменении напряжений в следствии концентрации напряжений у швов с необработанной поверхностью, (у валиковых швов - α_σ – 2,3…3,66) из-за остаточных напряжений в зоне шва, различия твердости основного материала и шва, дефектов сварки виде непроваров, трещин, подрезов, пор и др. дефектов пределы выносливости шва при симметричном цикле σ_-1= (15…20)МПа, когда вдали от шва σ_-1= (200…300) МПа. Остаточные напряжения складываются с напряжениями симметричного цикла и делают его асимметричным с σ_m = σ_ост увеличивают влияние масштабного фактора.

Для повышения долговечности ищутся оптимальные конструктивные формы, с малой концентрацией напряжений. Выбор форм осуществляется исследованием напряжений методом конечных элементов, измерением деформаций. Поверхность швов обрабатывается механическими или точечным нагревом, наклепом. За счет обработки швов их предел выносливости σ_-1 может быть увеличен в 2,0…2,8 раза.

Дата добавления: 2015-07-08