Механические свойства сварных соединений. Некоторые сведения из теории упругости и теории пластичности

Исследование ударной вязкости и процента волокна в изломе в зависимости от температуры испытания – 1 час.

4. КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

4.1. Общие методические указания

Контрольная работа  выполняется для приобретения практических навыков по расчету сварных соединений, выполненных угловыми швами, с учетом направленности действия нагрузки. Вниманию студента предлагается рассчитать два сварных соединения – нахлесточное и тавровое (рис.1 и 2).

Методика расчета таких соединений с учетом направленности действия нагрузки изложена в [1].

Номер варианта выбирается по личному шифру студента из таблицы, в которой даны длины сварных швов, плечо приложения вертикальной силы и значения, нагрузок, действующих на соединение.

Например. При шифре 4690/12 из таблицы по столбцу №12 выбираем: ; ; ; .

4.2. Варианты контрольных заданий и методические указания

Таблица вариантов заданий

Номер варианта	Параметры
				Рв, кН	Рг, кН	М, кНм
1	150	100	1000	-	100	5
2	150	200	500	100	-	-
3	200	150	750	-	-	10
4	200	250	1250	50	-	-
5	250	200	1000	-	50	10
6	250	300	500	150	-	-
7	300	250	750	-	-	20
8	300	200	1000	100	50	-
9	400	200	1250	-	100	30
10	400	300	1500	150	-	10
11	100	100	500	50	-	-
12	100	200	-	-	100	10
13	180	150	500	100	-	-
14	200	100	-	-	200	20
15	100	100	-	-	-	20
16	150	200	1000	20	-	-
17	160	180	-	-	40	40
18	220	110	500	40	40	-
19	300	150	-	-	50	50
20	300	300	750	100	-	-
21	150	150	500	50	50	-
22	250	200	-	-	200	50
23	100	50	200	5	10	-
24	200	200	500	5	-	10
25	200	200	500	20	20	-

4.3. Примеры решения задач

4.3.1. Расчет нахлесточного соединения с учетом направленности действия нагрузки

Рассчитать нахлесточное соединение, представленное на рис.3. Сварка ручная дуговая штучными электродами.

Решение

В проектном типе задач, в которых нам необходимо определить катет угловых швов, для определения направления действия векторов полных напряжений в различных точках сварных швов, принимаем катет швов равным 10 мм. И для этого случая по способу полярного момента инерции определяем величину и направление действия напряжений для характерных точек сварных швов, которыми являются точки А и В (рис. 1).

Находим положение центра тяжести сварных швов на оси Х, которая является осью симметрии этих швов.

Принимаем положение оси У₁ вспомогательной системы координат как показано на рис.1.

Определяем координату Х_с центра тяжести сварных швов.

.

Определяем осевые моменты инерции сварных швов.

;

Определяем полярный момент инерции сварных швов.

Находим расстояния от центра тяжести сварных швов до точек А и В (рис. 1).

.

Определяем касательные напряжения, возникающие в точках А и В от действия момента

.

Определяем напряжение в сварных швах от действия горизонтальной силы Р_г. Эти напряжения во всех точках швов принимаются постоянными.

.

          Производим векторное сложение напряжений для точек А и В сварных швов (рис. 3, 4), из чего мы определяем углы между сварными швами и направлениями векторов полных напряжений.

Для точки А – величина полного напряжения составляет , а угол между осью горизонтального шва и вектором  равен .

Для точки В – величина полного напряжения составляет , а угол между горизонтальным швом и вектором полного напряжения . Угол между вертикальным швом и этим же вектором .

Так как все силовые факторы действуют в плоскости сварного соединения, то и векторы полных напряжений располагаются в той же плоскости. То есть, угол выхода векторов полных напряжений из плоскости сварного соединения равен .

Определяем коэффициенты повышения прочности рассматриваемых сварных швов по сравнению с фланговым швом.

где  – коэффициент упрочнения, зависящий от угла выхода вектора полного напряжения из плоскости сварного соединения, определяемый из графика . Для нашего случая при , ;

 –  угол между вектором полного напряжения и направлением сварного шва.

Тогда

,

,

.

Так как у горизонтального шва имеются две характерные точки А и В со своими коэффициентами упрочнения, из максимального отношения полных напряжений к соответствующим коэффициентам упрочнения, назначаем единый коэффициент для горизонтального шва

; .

Принимаем на весь горизонтальный шов коэффициент упрочнения .

Для вертикального шва коэффициент упрочнения .

Повторяем весь расчет с учетом коэффициентов упрочнения для горизонтальных и вертикального швов.

Определяем величину касательных напряжений в точке А от действия момента с учетом коэффициентов упрочнения.

.

Определяем величину касательных напряжений от действия горизонтальной силы с учетом коэффициентов упрочнения

.

Находим полное напряжение в точке А. Для этого производим векторное сложение  и . Так как <<, то».

Определяем катет углового шва, который необходимо указать на чертеже сварного соединения, рассчитанного традиционным способом, если расчетное сопротивление на срез для металла шва составляет

.

.

Округляя в большую сторону до целых миллиметров, принимаем