Расчеты угловых сварных швов

Все угловые швы рассчитывают на срез: t’_СР < [ t’_СР ] по наименьшему сечению шва, расположенному в биссекторной плоскости прямого угла (см. рис. 7.5, а) пло­щадью:

 

A _min = m × l × k × sina » l × 0,7 × k. (7.4)

Этот размер опасного сечения весьма условен, т.к. в месте шва при сварке расплавляется и металл соединяемых деталей, в результате чего фактически m > 0,7k.

Рассмотрим несколько примеров расчетов сварных соединений, выполненных угловыми швами.

А. Нахлесточные соединения угловыми швами. Рас­чет этих соединений в случае нагружения изгибающим моментом выпол­няют при двух допущениях:

1) податливостью соединяемых деталей пренебрегают;

2) считают, что относительный поворот соединяемых деталей происходит вокруг центра же­сткости, совпадающего с центром тяжести фигуры, образован­ной сечениями сварных швов, только за счет деформации швов.

Вспомним, что центр жесткости – это точка стыка, неподвижная при относительном повороте соединяемых деталей относительно самих деталей.

При нагружении нахлесточного соединения силой F (рис. 7.6) в швах возникают напряжения среза. Условие прочности швов:

(7.5)

Рис. 7.6. Нахлёсточное сварное соединение, нагру­женное

силой F и изгибающим моментом М

Если это же соединение нагружено изгибающим моментом М то условие прочности швов изменится:

(7.6)

При одновременном действии в одной плоскости силы F и момента M (см. рис. 7.6) условие прочности швов следующее:

(7.7)

Если же нахлёсточное соединение нагружено внецентренной си­лой F (рис. 7.7, а), то швы испытывают сложное на­пряженное состояние: срез по двум взаимно перпендикулярным нап­равлениям. Это станет понятным после приведения силы F в центр тяжести соединения – точку О (см. рис. 7.7, б).

Сила F вызы­вает в швах напряжение среза t¢_F, направленные вдоль оси ОУ. Момент пары сил F с плечом В вызывает в швах напряжении среза t¢_M,направленные вдоль оси OХ.

Рис. 7.7. Нахлесточное соеди­нение, нагруженное

внецентренной силой F

Таким образом, результирующее напряжение среза в наиболее нагруженном сечении шва следует вычислять по зависимости:

(7.8)

Условие прочности швов в этом случае нагружения будет иметь вид:

(7.9)

Если нахлёсточное соединение выполнено комбинированным угловым швом и нагружено силой F (рис. 7.9), то условие прочности шва следующее:

(7.10)

где l_S – длина комбинированного шва l_S = l₁ + 2l₂, мм.

Рис. 7.8. Нахлесточное сварное соединение

комбинированным угловым швом

В случае нагружения этого соединения изгибающим моментом М (см. рис. 7.8) условие прочности шва:

(7.11)

где J_P – полярный момент инерции шва, J_P = J_X + J_Y (J_X – момент инерции опасного сечения шва относительно оси ОХ; J_Y – момент инерции опасного сечения шва относительно оси ОУ);

r _MAX – расстояние от центра тяжести соединения до наиболее удаленной точки шва:

При подсчете моментов инерции J_X и J_Y опас­ные сечения лобового и фланговых швов представляют в виде прямоугольников, имеющих стороны размерами: 0,7^.k и l _i.

Тогда полярный момент инерции сварного комбинированного шва будет равен:

Координату “С ” центра тяжести соединения (см. рис. 7.8) вычисляют по зависимости:

При одновременном действии силы F и момента М на данное сварное соединение (см. рис. 7.8) условие прочности шва:

t¢_срS = t¢_F + t¢_M < [t¢_ср] (7.12)

Если нахлесточное соединение состоит из листового металла и профиля (рис. 7.9), то его расчет выполняется при допуще­нии, что внешняя сила проходит через центр массы сечения профи­ля.

Рис. 7.9. Нахлесточное сварное соединение листа с уголком

Расчет швов в соединении начинают с определения их суммарной длины l_Σ из условия прочности швов на срез (при известной величине катета), а затем по правилу рычага рассчитывают длину каждого шва (l₁ и l₂)и нагрузку F_i,, действующую на каждый шов:

l₁ / l_Σ = b₂ / b; l₂ / l_Σ = b₁ / b

F₁ / F = b₂ / b; F₂ / F = b₁ / b, (7.13)

где b₁, b₂ – расстояния от нейтральной оси уголка до 1-го и 2-го шва, соответственно.

Из (7.13) получают формулы для расчета длины 1-го шва: l₁ = l_z × b₂ / b, а также – для определения усилия, действующего на него: F₁ = F × b₂ / b.

Аналогично можно рассчитать параметры 2-го шва: длину шва l₂, и нагрузку на него F_{2 .} Иначе они могут быть вычислены по простым зависимостям:

l₂ = l_z – l₁ и F₂ = F – F_1.

Б. Соединения кольцевыми угловыми швами

При нагружении такого сварного соединения растягивающей осевой силой F (рис. 7.10) в металле шва возникают напряжения среза.

Условие прочности кольцевого шва следующее:

(7.13)

Рис. 7.10. Сварное соединение кольцевым угловым швом

Если это сварное соединение нагрузить вращающим моментом Т, то его условие прочности таково:

(7.14)

При совместном действии на соединение осевой силы F и крутящего момента Т в металле шва возникает сложное напряженное состояние. Сила F вызывает в металле шва напряжения t¢_F, направленные вдоль оси соединяемых деталей, а момент Т – нап­ряжения t¢_Т, направленные по касательной к окружности диаметром d (см. рис. 7.10).

Условие прочности шва:

(7.15)