Физика \ Прочность конструкций летательных аппаратов

Расчёт элементов конструкций. Расчёт швов. Заклёпочно-болтовые соединения, страница 2

На практике это соотношение не всегда выдерживается. На тонких листах обычно ставят заклепки большего диаметра, потому что минимальный диаметр применяемых заклепок 3мм. На рис. 7.2 представлен график зависимости разрушающей нагрузки соединения в зависимости от диаметра крепежа и толщины листа. Материал крепежных элементов В65 (t_р=250 МПа), ВТ16(t_р=600 МПа) и 30ХГСА (t_р=700 МПа). За разрушающее напряжение смятия принято s_см=s_в=400 МПа.

(7.16)

Из графика видно, что при толщине листа больше чем 2 мм необходимо ставить по условиям равнопрочности крепежные элементы с напряжениями t_р, чем у заклепок из В65. Обычно вместо заклепок в таких случаях ставят болты или болт-заклепки из стали или титановых сплавов.

Рис. 7.2.Разрушающие нагрузки на односрезное соединение в зависимости от диаметра крепёжной точки и толщины листа.

Многорядный заклёпочный или болтовой шов

При постановке крепежа материал стыкуемых деталей ослабляется отверстиями под болты или заклепки.

Максимальная несущая способность листа на растяжение на дистанции шага без учета ослабления:

(7.17)

с учетом ослабления:

(7.18)

; (7.19)

(7.20)

φ – коэффициент ослабления детали.

Подставляя в выражение (7.20) соотношение , получим:, т. е. при постановке крепежа по условиям равнопрочности, сечение детали ослабляется на 1/3. Для повышения несущей способности шва выполняют многорядные швы. Для повышения несущей способности шва выполняют многорядные швы. В предположении, что все заклепки в шве работают равномерно. Тогда при растяжении поперек шва, шаг крепежа можно определить по следующей формуле:

(7.21)

где, i – количество рядов;

σ_д – допускаемые напряжения в детали с учетом коэффициента концентрации.

При действии нагрузки вдоль шва:

(7.22)

где τ_д – допускаемые напряжения сдвига в детали.

Коэффициент ослабления детали примет следующий вид:

(7.23)

Из этой формулы видно, что с увеличением количества рядов прочность шва растет.

При многорядном шве расположение крепежных точек в одном поперечном сечении приводит к уменьшению прочности соединяемых деталей на срез по сравнению с расположенными в шахматном порядке (см. рис. 7.3).

Рис. 7.3 Многорядный шов

Расстояние между рядами заклепок должно удовлетворять условию, чтобы прочность по линии АВС (рис. 7.4) была равна прочности по сечению АС.

Рис. 7.4. Расчётная схема при растяжении поперёк шва.

Рассмотрим два случая нагружения листа:

1) растяжение поперёк шва;

2) сдвиг вдоль шва.

1 случай. При действии нагрузки поперек шва возможно разрушение по линии АС силой:

(7.24)

где δ – толщина листа; σ₀ – напряжение растяжения.

Разрушающее усилие смятия листа под крепежом:

(7.25)

и разрушающее усилие среза крепежа

из условия равнопрочности на смятие детали под болтом или заклепкой и разрыва детали получим:

(7.26)

В предельном состоянии, когда

; (7.27)

где k – коэффициент концентрации напряжений

(7.28)

Из условия равнопрочности по сечению АС и по линии АВС можно определить расстояние между рядами шва.

Нормальные напряжения σ₀ вызывают в сечениях АВ и ВС нормальные напряжения σ₁ и касательные τ₁. Покажем, что сечения АВ и ВС нагружаются одинаково. Разложим силу Р, действующую на одну заклепку, на две составляющие силы Р/2, приложенные в точках Д и Е. Силы Р/2 уравновешиваются нормальными силами N и касательными Т, действующими в сечениях АВ и ВС.

N = 0,5Рcosα и Т = 0,5Рsinα. (7.29)

Проецируя силы в точках Д и Е на направление АС, получим:

N sinα =T cosα. (7.30)

Выразив силы N и Т через напряжения σ₁ и τ₁, действующих по сечениям АВ и ВС:

, , (7.31)