Расчет соединения, выполненного угловым швом

Под расчетом сварного шва понимается оп­ределение его катета из условия прочности по касательным напряжениям: касательное напряжение в наиболее нагруженной точке опасного сечения сварного шва не должно превышать допускаемое напряжение

Опасное сечение сварного шва представля­ет собой тонкое полукольцо диаметром и толщиной (рис. 2.3.2.2).

2.3. Сварные соединения 127

Сначала найдем положение центра масс этого сечения С (рис. 2.3.2.3):

в силу симметрии;

Для нахождения статического момента выделяем на поверхности шва эле­ментарный участок кольца площадью (рис. 2.3.2.4) и вычисля­ем по формуле 2.3.1:

 

 

 

Тогда для координаты имеем

Видно, что координата не зависит от величины катета сварного шва. Далее разложим внешнюю нагрузку на составляющие и приведем их к центру масс опасного сечения:

128 Глава 2. Соединения элементов машин

 

 

 

Определим величины касательных напряжений, вызываемых в опасном сечении каждым силовым фактором в отдельности

 

Здесь х — расстояние от центра масс до текущей точки опасного сечения сварного шва; — момент инерции относительно центральной оси

Момент инерции полукольца относительно вспомогательной оси (рис.

2.3.2.4) равен

Тогда

Далее необходимо определить положение наиболее нагруженной точки. Очевидно (рис. 2.3.2.5), что самой напряженной точкой сечения будет либо точка А, либо точка В. Вычис-

2.3. Сварные соединения 129

лим суммарные касательные напряжения в каждой из этих точек и все дальнейшие расчеты

будем проводить по точке с наибольшим их значением.

Вычислим суммарные касательные напряжения в каждой из этих точек и все даль­нейшие расчеты будем проводить по точке с наибольшим их значением.

Окончательно получаем:

Суммарные напряжения:

Найдем координаты х интересующих нас точек:

Таким образом, самой напряженной точкой сварного шва будет точка В. Согласно 5.2.5, условие прочности сварного соединения в точке В запишет­ся как

Из условия прочности получим значение катета сварного шва:

где - допускаемое значение напряжения для шва при сдвиге. Так как величина допускаемого напряжения при расчете сварных соединений ниже, чем при расчете монолитных деталей, необходимо помимо всего прочего внести поправочный ко­эффициент, зависящий от типа сварки (табл. 5.2.1). Для углового шва

130 Глава 2. Соединения элементов машин

Как правило, сварные швы имеют значения катета не ниже 1 мм. Следовательно, в данном случае принимаем к = 1 мм.

Расчет соединения, выполненного стыковым швом

Соединение, изображенное на рис. 2.3.2.6, называется тавровым сварным соеди­нением стыковым швом. Расчет прочности соединений, выполненных встык, явля­ется проверочным, так как сводится к определению коэффициента запаса прочно­сти при заданной толщине (в данном случае равной толщине трубы).

 

При расчете стыкового шва, так же, как и углового, сначала определяется поло­жение центра тяжести геометрической фигуры, образованной сварным швом. По­скольку конфигурация сварного шва в опасном сечении такая же, как и углового шва, то координаты центра тяжести у этих швов одинаковые. По этой же причине здесь можно использовать полученные для углового шва выражения моменты инерции, если вместо толщины взять, а именно

Эквивалентные напряжения для точек А и В, согласно энергетической теории, можно записать следующим образом (рис.2.3.2.7):

где

2.3. Сварные соединения 131

Подставляя числовые значения, получаем величины эквивалентных напряжений:

Как и в предыдущем случае, самая нагруженная точка сварного шва — точка В. Определим величину коэффициента запаса по пределу текучести:

Расчет углового сварного соединения в модуле АРМ Joint

Для расчета сварного соединения в модуле АРМ Joint необходимо задать тип сварного шва, его геометрическую форму и действующие на него внешние силы, а также указать предел текучести материала и коэффициент запаса текучести (окно «Постоянные параметры»).

Результатами расчета являются: геометрические характеристики шва (площадь шва, координаты центра масс и др.), максимальное напряжение в сварном шве и минимальная величина катета сварного шва (рис. 2.3.2.8). Помимо этого можно по-

132 Глава 2. Соединения элементов машин

лучить карту распределения напряжений по длине шва (на рис. 2.3.2.9 представлен лишь фрагмент окна).

Расчет стыкового сварного соединения в модуле АРМ Joint аналогичен рас­чету соединения угловым швом. Результаты такого расчета показаны на рис. 2.3.2.10.