Допускаемые напряжения и расчетные сопротивления в сварных конструкциях.

Все основные расчетные выражения, приведенные в предыдущей лекции, справедливы как для расчета прочности основного металла, так и для расчета сварных соединений.

Следует только учесть, что при расчете сварных соединений величины допускаемых напряжений и расчетных сопротивлений могут отличаться от соответствующих величин для основного металла.

В дальнейшем допускаемые напряжения и расчетные сопротивления для сварных соединений будем обозначать теми же символами, что и для основного металла, добавляя в первом случае знак штриха ( , ) и во втором случае символ ( и ).

Допускаемые напряжения и расчетные сопротивления для основного металла устанавливаются в зависимости от свойств основного металла, рода усилий (растяжения, сжатия, изгиба, среза и смятия), степени точности расчета прочности, характера действующих нагрузок (статических, переменных) и других факторов. Допускаемое напряжение при растяжении или расчетное сопротивление при растяжении (по пределу текучести) или (по пределу прочности)называют основным. Допускаемые напряжения и расчетные сопротивления при других видах усилий определяются как производные от них.

В случае сжатия коротких элементов, в которых продольный изгиб не может иметь места, допускаемое напряжение и расчетное сопротивлениепринимают равными основным.

При действии изгибающего момента допускаемые напряжения и расчетные сопротивления на изгиб такие же, как и при растяжении.

Величины допускаемых напряжений и расчетных сопротивлений при срезе принимаются в зависимости от теории прочности, положенной в расчет. Обычно допускаемое напряжение на срез и расчетное сопротивление находятся в пределах 0,5÷0,65 от величины и соответственно.

При сжатии длинных элементов или при действии циклических нагрузок допускаемые напряжения и расчетные сопротивления получают, умножая величины допускаемых напряжений или расчетных сопротивлений, принятых при растяжении, на коэффициент φ или [см. формулы (3.11), (3.22), (3.36)].

Допускаемые напряжения и расчетные сопротивления для сварных соединений назначают в долях от допускаемых напряжений и расчетных сопротивлений для основного металла. Наиболее существенным фактором, влияющим на величину допускаемых напряжений и расчетных сопротивлений в сварных соединениях, является вид и качество выполнения сварки.

Допускаемые напряжения в швах машиностроительных конструкций устанавливаются в зависимости от допускаемых напряжений основного металла с учетом надлежащего подбора присадочного материала – электродов, электронной проволоки, флюсов. Это положение позволяет проектировать сварные соединения, равнопрочные основному металлу, не производя определения величины усилий, действующих на них; кроме того, при конструировании соединений в этом случае нет необходимости учитывать многие переменные величины, влияющие на выбор коэффициентов запаса прочности разрабатываемой конструкции (степень точности расчета и т. п.).

С технологической стороны способ установления допускаемых напряжений в сварных соединениях вполне оправдан. При сварке автоматом под флюсом или в среде защитных газов, а также контактным способом механические свойства швов зависят в значительной степени от механических свойств основного металла и электродного, подбираемого к основному.

Прочность углового шва по наименьшему его поперечному сечению на срез составляет 0,6...0,65 от допускаемого напряжения на листовой детали .

Наиболее существенными факторами, влияющими на механические свойства соединений и швов, а также на значения допускаемых напряжений в них, являются качество выполнения и вид технологического процесса сварки.

Сварные соединений сталей, выполненные дуговой сваркой, по определению допускаемых напряжений делятся на две группы.

К первой группе относятся швы низкоуглеродистых сталей обыкновенного качества и низколегированных, у которых механические свойства швов и зоны термического влияния соответствуют свойствам основного металла.

Ко второй группе относят швы сталей со специальными свойствами: высокопрочные, коррозионно-устойчивые и т. д., у которых свойства швов или металла околошовной зоны ниже свойств основного металла.

При сварке низкоуглеродистых сталей марки Ст3, для которой допускаемое напряжение = 160 МПа, допускаемые напряжения в швах, выполненных автоматической сваркой или ручной электродами Э42А, будут следующие: = 160 МПа, (без учета жесткости), = 100 МПа, где – допускаемое напряжение в шве при срезе.

Для соединений, выполненных точечной контактной и шовной сваркой, допускаемые напряжения среза в точке устанавливаются в зависимости от свойств металла и отработки технологического процесса. В точках и швах допускаемые напряжения среза для низкоуглеродистых и некоторых низколегированных сталей могут составлять 0,5 от допускаемых напряжений основного металла при срезе и 0,3 при отрыве.

Для швов второй группы сталей допускаемые напряжения назначаются на основе специально проведенных экспериментов в условиях, соответствующих работе проектируемой сварной конструкции, видам соединений и т. д.

Аналогичным образом допускаемые напряжения назначаются на основе специальных экспериментов для соединений сталей первой группы при сварке холодным способом, трением, ультразвуком и другими специальными методами.

В таблицах приложения А4 и А17 приведены формулы для определения расчетных сопротивлений и допускаемых напряжений швов, выраженные в долях от соответствующих величин для основного материала.

В таблицах приложения А9, А12-А16 приводятся величины допускаемых напряжений и расчетных сопротивлений для ряда конструкционных материалов и сварных соединений.

Современные принципы расчета прочности сварных конструкций исторически сложились на базе ряда фундаментальных дисциплин, среди которых наибольшее значение имеют теоретическая и строительная механика и механика деформируемых тел (сопротивление материалов). Знание основ этих дисциплин – необходимая предпосылка для успешного овладения навыками расчета сварных конструкций. В этой лекции приводятся в сжатой форме некоторые сведения из названных дисциплин. Для более основательного изучения их отсылаем читателя к имеющейся в большом выборе учебной литературе [5, 7, 10].

При рассмотрении этого раздела использована терминология, обозначения и формулировки, принятые в специальных дисциплинах, изучаемых студентами ранее (сопромат, теоретическая механика и др.)