СВАРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

Расчет нахлесточного сварного соединения

Рассчитать нахлесточное сварное соединение, изображенное на рис. 2.3.1.1, если а = 50 мм. Соединение нагружено силой F = 20 кН, действующей под углом = 30°. Предел текучести материала деталей = 400 МПа.

Расчет

Опасное сечение нахлесточного соединения представляет собой тонкую полоску толщиной 0,7 к (к — величина катета сварного шва), имеющую конфигурацию сварного шва. Полная длина шва, как видно из рис. 2.3.1.1, равна 9а.

Поскольку пластина нагружена нецентральной силой, решение задачи необхо­димо начинать с переноса всех силовых факторов в центр тяжести опасного сече­ния сварного шва С (рис. 2.3.1.2). Определим положение центра тяжести (2.3.3):

Перенесем все силовые факторы в центр тяжести и перейдем к эквивалентному нагружению, которое по своему силовому воздействию равноценно исходному. В этом случае внешняя нагрузка будет складываться из заданной по условию цен­тральной силы F и момента вращения Т, вызывающего сдвиг относительно центра тяжести фигуры, составленной из сварных швов. Момент вращения, согласно рис. 2.3.1.3, равен

122 Глава 2. Соединения элементов машин

 

Каждый из имеющихся силовых факторов приводит к возникновению касатель­ных напряжений, которые в силу линейной зависимости нагрузки от перемещения можно рассматривать независимо друг от друга. Касательные напряжения,вызван­ные силой F, в каждой точке опасного сечения можно считать постоянными по ве­личине и противоположными внешней силе. Величину напряжений сдвига от внешней нагрузки можно рассчитать по формуле

 

Касательные напряжения от момента вращения распределены по длине шва не­равномерно, причем в каждой точке шва вектор напряжения прямо пропорциона-

 

лен плечу (расстоянию до центра тяжести) и направлен перпендикулярно ему (рис. 2.3.1.3). Такая модель позволяет определить наибольшие касательные напря­жения методом полярного момента, а именно

 

полярный момент сопротивления,

моменты инер-

где

ции сечения относительно соответствующих осей.

2.3. Сварные соединения 123

Вычислим геометрические характеристики сечения, пренебрегая членами всех высших порядков малости относительно 0,7к, начиная с :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таким образом, получаем

 

Наиболее нагруженной будет точка А (рис. 2.3.1.3), т. к. в этой точке угол между векторами напряжений наименьший. Следовательно, суммарное значение каса­тельного напряжения в этой точке имеет максимальное значение (5.2.12):

 

Где

Подставляя числовые значения,получаем

124 Глава 2. Соединения элементов машин

Согласно 5.2.5, условие прочности сварного со­единения запишется как

ние

допускаемое значение напряже-

допускаемое

ния для шва при сдвиге,

напряжение для шва при растяжении. Если коэффи­циент запаса принять равным п = 1,5, то, согласно

табл. 5.2.1, для получаем

Из условия прочности получим значение катета сварного шва:

— относительно вертикальной оси:

Пересчитаем значения моментов инерции с учетом полученной величины катета сварного шва: — относительно горизонтальной оси:

Расчет нахлесточного сварного соединения в модуле АРМ Joint

Для расчета соединения в модуле АРМ Joint необходимо задать вид сварного шва, его геометрическую форму и внешнюю нагрузку. Результаты расчета показа­ны на рис. 2.3.1.5. Среди результатов можно получить: геометрические характери­стики шва (площадь, координаты центра масс, моменты инерции), максимальное эквивалентное напряжение в шве и величину катета сварного шва. Помимо этого можно также вывести карту напряжений, из которой легко определяется напряже­ние в любой точке шва (рис. 2.3.1.6).

2.3. Сварные соединения 125

126 Глава 2. Соединения элементов машин