Материал: Механика. Учебное пособие. Рукин Ю.Б., Нилов В.А

Примечание: [σ]р – допускаемые напряжения при растяжении металла свариваемых деталей.

Сварное соединения может быть стыковым или внахлестку. Стыковые швы рассчитывают на растяжение, сжатие и изгиб в плоскости шва в зависимости от направления и расположения нагрузки.

Условия прочности на растяжение соединения, нагруженного силой P

P

р P ;

Условия прочности на сжатие соединения, нагруженного силой P

P

сж сж ;

Условия прочности на растяжение соединения, нагруженного силой P и моментом M

6 М

2 P ,

где δ – наименьшая толщина детали; ℓ – длина шва.

Расчет соединений внахлестку, выполненных угловыми швами различного типа, унифицирован и производится по единым формулам на срез.

P

0,7 K

CP ,

где (0,7·K·ℓ) – площадь расчетного сечения (рис. 10.1)

Катет сварного шва, как правило, принимают равным толщине листов δ. При расчете может оказаться, что K < δ , в этом случае принимают: при δ > 3мм Kmin = 3 мм. Требуемую длину шва определяют из расчета соединения на прочность.

134

Допускаемые напряжения при переменных нагрузках определяют умножением допускаемых напряжений при статической нагрузке на коэффициент меньший [1, §22.]

Рис. 10.1 Соединение в нахлестку

При расчете сварных соединений втавр (рис. 10.2), выполненных угловым швом с обваркой по контуру, нередко возникают затруднения при определении моментов инерции расчетного сечения шва. В таких случаях можно пользоваться приближенными зависимостями [4].

Рис. 10.2 Соединение угловым швом

Момент инерции и момент сопротивления для прямоугольного поперечного сечения

для двутаврового профиля

Пример 3

Рассчитать сварное соединение двутавровой балки с колонной (рис.10.3). Р = 5 кН; а = 1 м. Сварка выполнена вручную электродом Э42А угловым швом по всему контуру профиля. Допускаемые напряжения материала балки на растяжение [σ]Р = 160 МПа.

Рис. 10.3 Расчетная схема соединения втавр

Решение

По табл.1 [1] выбираем допускаемое напряжение сварно-

го шва [τ]/ср = 0,65· [σ]Р = 0,65·160 = 104 МПа.

Из условия прочности балки на изгиб определяем потребный момент сопротивления

136

По сортаменту ГОСТ 8239-72 выбираем двутавровую балку №10, для которой: W = 39,7 см3; h = 100 мм (на рис. 8 h =

Н ); b = 55 мм и d = 4,5 мм.

Двутавр 10 ГОСТ 8239 72

Ст3 ГОСТ 11474 76

Определяем потребную высоту катета «K» сварного шва. Сварной шов воспринимает поперечную силу Q = Р = 5 кН. и изгибающий момент Мmax = 5 кН·м. В таких случаях расчет, обычно, проводят при следующих допущениях [6]: поперечная сила воспринимается только вертикальными швами; напряжения по длине сварных швов распределены равномерно.

Напряжения в сварном шве от поперечной силы Q

Q Q

Q Fb 2 H 0,7 K ,

где Fb – расчетная площадь вертикальных сварных швов. Напряжения от изгибающего момента

MM max ,

W

Откуда катет сварного шва K = 0,48 см = 48 мм.

Пример 5.

Рассчитать сварное соединение кронштейна с плитой (рис.10.4). Материал кронштейна сталь Ст. 3 [σ]Р = 160 МПа, допускаемое напряжение материала шва. [τ] ср = 104 МПа; Р = 100 кН. Соединение выполнено угловыми швами по контуру опорного сечения кронштейна. Угол α = 30°.

Рис. 10.4 Расчетная схема

Решение

Силу Р разложим на горизонтальную Рx и вертикальную Рy составляющие.

Рx = P·sinα = 100·0,5 = 50 кН. Рy = P·cosα = 86,6 кН.

Так как высота Н и ширина b кронштейна не заданы, то одной из этих величин необходимо задаться. Принимаем b = 20 мм. Определяем высоту кронштейна в заделке. Напряжение в наиболее опасной точке 1 равно

138