при статической нагрузке

Расчет сварного соединения ведут в такой последовательности:

1. Определяют положение, форму и размеры опасного сечения;

2. Поворачивают опасное сечение на плоскость соприкосновения свариваемых деталей (плоскость стыка деталей) (поворот проводят в случае, когда опасное сечение шва не совпадает с плоскостью стыка деталей); сечение, полученное после поворота, называют расчетным;

3. Находят положение центра масс расчетного сечения;

4. Переносят приложенную внешнюю нагрузку в центр масс расчетного сечения;

5. Определяют напряжение, возникающее в расчетном сечении от действия отдельных силовых факторов (нормальной и поперечной сил, изгибающего и крутящего (вращающего) моментов);

6. Для наиболее опасно нагруженной точки расчетного сечения определяют суммарное напряжение;

7. Расчитывают допускаемое для сварного шва напряжение;

8. Сопоставляют суммарное напряжение с допустимым, находят необходимые для обеспечения работоспособности размеры сечения (проектный расчет) или дают заключение о правильности заданных размеров шва (проверочный расчет).

Пример расчета сварного соединения

Сварной кронштейн (рис. 2.3) прикреплен к бетонной стене, с помощью четырех болтов, поставленных с зазором. Детали кронштейна 1 и 2 выполнены из стали Ст3, сварены угловым швом с катетом шва к = 5 мм. Сварка ручная электродом олбычного качества. Болты 3 выполнены по классу прочности 4.6. кронштейн нагружен постоянной силой F = 10000 Н.

Размеры: L = 200 мм; b = 20 мм; a = b = 200 мм; l = g = 150 мм; m = n = 100 мм; s = 10 мм.

Требуется дать заключение о прочности сварных швов.

Решение

1. Положение, форма и размеры опасного сечения. Сварное соединение тавровое, швы угловые, их рассчитывают по условным касательным напряжениям. Один из размеров опасного сечения шва – биссектриса в равнобедренном треугольнике с катетом к (см. рис. 2.2 б); второй – суммарная длина швов. На каждом из трех учасков сварного шва опасное сечение наклонено под углом 45^О к плоскости стыка деталей 1 и 2.

2. Расчетное сечение (рис. 2.4). Оно получено поворотом опасного сечения швов на плоскость стыка деталей 1 и 2 (см. рис. 2.3).

3. Положение центра масс расчетного сечения. Центр масс расчетного сечения (точка С) находится на оси симметрии у-у, его координата в принятой системе координат х у

y_c = S_{Х ШВА} / A_ШВА,

где S_{X ШВА} – статический момент расчетного сечения шва относительно оси х – х; А_ШВА – площадь расчетного сечения шва.

Фигуру, образованную расчетным сечением, разбиваем на три прямоугольника I, II, III. Определяем статические моменты каждого прямоугольника как произведения его площали на его координату центра масс:

4. Силовые факторы, действующие на соединение. При параллельном переносе силы в точку С – центр масс расчетного счения шва (рис. 2.5) – получам центральную сдвигающую силу F = 10000H и отрвывающий момент M = F * (L - δ) = 10000 * (200 - 20) = 1800000 Н*мм

5. Напряжения в расчетном сечении шва (см. рис. 2.5, эпюры напряжений):

а) от центральной сдвигающей силы F, равномерно распределены по сечению

τ_F = F / A_ШВА = 10000 / 1074,5 = 9,31 МПа

б) от отрывающего момента М пропорцианальны расстоянию до нейтральной линии, проходящей через центр масс; максимальное напряжение в наиболее удаленных точках А

τ_M,max = M / W_{ШВА x0} = M * y_{max ШВА} / I_{ШВА x0} = 9,31 МПа

где W_{ШВА Хо} – момент сопротивления расчетного сечения шва относительно нейтральной оси х_о – х_о , проходящей через центр масс (точку С); I_{ШВА Хо} – момент инерции расчетного сечения шва относительно этой оси; у_{МАХ ШВА} – расстояние от наидолее удаленной точки шва до нейтральной оси.

При определении I_{ШВА Хо} фигуру, образованную расчетным сечением сварного шва, разбиваем, как и ранее, на три прямоугольника - I, II, III. Используем формулы преобразования моментов инерции при параллельном переносе осей, когда одна из осей является центральной:

I_{I x0} = (n * (0,7 * к)³) / 12 + ((n * 0,7 * к) * (y_C – 0,7 * к / 2)²)

= (100 * (0,7 * 5)³ )/ 12 + (100 * 0,7 * 5 * (35,46 – 0,7 * 5 / 2)² )= 398084,72 мм⁴;

I_{I I x0} = I_{III x0} = (0,7 * к * (m + 0,7 * к)³ )/ 12 + (0,7 * к * (m + 0,7 * к) * ((m + 0,7 * к) / 2 – y_c)²) = (0,7 * 5 * (100 + 0,7 * 5)³) / 12 + 0,7 * 5 * (100 + 0,7 * 5) / 2 – 35,46)² = 419504,8 мм⁴

I _{ШВА x0} = I_{I Ix0} + 2 * I_{I I x0} = 398084,72 + 2 * 419504,8 = 1237094,3 мм⁴

Y_{max ШВА} = m + 0,7 * к – y_c = 100 + 0,7 * 5 – 35,46 = 68,04 мм⁴

Тогда:

τ_{M, max} = 1800000 * 68,04 / 1237094,3 = 99 Мпа.

6. суммарные напряжения для наиболее опасно нагруженной точки А. Составляющие напряжений в точке А взаимно перпендикулярны, поэтому

7. Допускаемое напряжение для сварного шва. Так как сварка ручная,электрод обычного качества, то по табл. 2.1 найдем

[τ ']_ср = 0,6 * [σ ']

Допускаемое напряжение на растяжение для основного металла [σ]_р = 0,7 * σ_T. Для стали Ст3 σ_T = 220 МПа (см. табл. 1.2).

Тогда [τ ']_ср = 0,6 * 0,7 * 220 = 92,4 МПа.

8. Заключение о прочности сварных швов.

Так как возникающие в швах напряжения τ = 99.44 МПа превышают допускаемые [τ ']_ср = 92.4 МПа, то прочность сварного шва недостаточна. Выполним сварку электродом улучшеного качества, в этом случае прочность шва достаточная, так как