2014-02-04
2544
Соединения встыкобычно выполняются лобовыми швами. При качественной сварке соединения разрушаются не по шву, а в зоне температурного влияния. Поэтому рассчитываются на прочность по сечению соединяемых деталей без учёта утолщения швов. Наиболее частые случаи – работа на растяжение и на изгиб.
Эти виды швов в различных сочетаниях применяются в разных соединениях.
Расчёт на прочность сварных швов
По ориентации относительно приложенных сил различают:
è лобовые швы – перпендикулярные силам;
è фланговые швы – параллельны силам;
è косые швы – под углом к силам.
Напряжения растяжения: s раст = Q / S = Q / bd ≤ [ s раст ] шва.
Напряжения изгиба: s изг = Mизг / W = 6 Mизг / bd 2 ≤ [ s изг ] шва.
Допускаемые напряжения шва [ s раст ] шва и [ s изг ] шва принимаются в размере 90% от соответствующих допускаемых напряжений материала свариваемых деталей.
Лобовые швы в инженерной практике рассчитывают только по касательным напряжениям. За расчётное сечение принимают биссектрису m - m, где обычно наблюдается разрушение. Расчёт только по касательным напряжениям не зависит от угла приложения нагрузки.
При этом τ = Q / ( 0,707 k l ) ≤ [ τ' ] шва.
Фланговые швы характерны неравномерным распределением напряжений, поэтому их рассчитывают по средним касательным напряжениям. При действии растягивающей силы касательные напряжения равны:
τ = Q / (2*0,707 d l ) ≤ [ τ' ] шва.
При действии момента: τ = M / (0,707 k d l ) ≤ [ τ' ] шва.
Если швы несимметричны, то нагрузка на фланговые швы распределяется по закону рычага Q1,2 = Q l1,2 / ( l1 + l2 ), где l1 и l2 – длины швов.
При этом швы рассчитывают по соответствующим нагрузкам, а длины швов назначают пропорционально этим нагрузкам. Касательные напряжения в швах τ1,2 = Q1,2 / (1,414 d l1,2) ≤ [τ']шва.
Косые швы рассчитываются аналогичным образом. Нагрузка Q раскладывается на проекции в продольном и нормальном направлениях к шву, а далее выполняются расчёты лобового и флангового швов.
Комбинированные лобовые и фланговые швы рассчитывают на основе принципа распределения нагрузки пропорционально несущей способности отдельных швов. При действии силы Q касательные напряжения равны:
τQ = Q / [ 0,707 k (2 lф+ lл )] ≤ [ τ' ] шва.
Если действует момент M, то
τM = M / [ 0,707 k lл ( lф+ lл /6 )] ≤ [ τ' ] шва.
При совместном действии силы и момента касательные напряжения складываются τ = τМ + τQ ≤ [ τ' ] шва.
Тавровые и угловые швы соединяют элементы в перпендикулярных плоскостях. Выполняются либо стыковым швом с разделкой кромок (а), либо угловым без разделки кромок (б). При нагружении изгибающим моментом и силой прочность соединения оценивают:
для стыкового шва (а) по нормальным напряжениям
s = 6M/ ( bd2 )+ Q / ( ld ) ≤ [ s раст ] шва,
для углового шва (б) по касательным напряжениям
τ = 6M/ (1,414 l2k )+ Q / (1,414 l k ) ≤ [ τ' ] шва.
В любом случае для расчёта самых сложных сварных швов сначала необходимо привести силу и момент к шву и распределить их пропорционально несущей способности (длине) всех простых участков. Таким образом, любой сложный шов сводится к сумме простейших расчётных схем.
