Контрольная работа по «Технологиям металлов и сварке»

     Решение. В том случае, когда на стыковое соединение действует изгибающий момент М,  напряжение в сварном шве , / , определяют  по формуле

                                                   ,                                 (3)

где  - момент сопротивления свариваемого сечения, ;

      - коэффициент условий работы, принимаемый по таблице 6, /3/,   =1;

     - расчетное сопротивление стыкового шва, при физическом контроле качества шва = .   

      Момент  сопротивления свариваемого сечения  W_ω , см³, определяют  по формуле

                                                      

,                                            (4)

где  t - толщина свариваемых листов,  t = 25мм;

        - расчетная длина стыкового шва, 500мм, так как сварка выполнена с выводом концов шва за пределы стыка;

.

      Из  формулы (3) определяем расчетный изгибающий момент М, кН∙м, по формуле

                                                   ,                                      (5)

.

      Ответ.  Расчетный изгибающий момент, который может выдержать стыковой шов  М = 281,07 кН∙м. 
 
 
 
 

3. Задача  №3

 
 

        На стыковое соединение листов  сечением 500х25мм из стали С275 действуют момент  М = 68кН∙м  и  поперечная  сила Q = 1300 кН.  Произвести поверочный расчет соединения. Контроль качества сварки - рентгеновский, рисунок 2.3.

Рисунок 2.3

      Решение. Для листовой стали С275, используя данные таблицы 51, /3/, принимаем расчетное сопротивление по пределу текучести =270МПа; для сварного стыкового соединения, работающего на изгиб и при наличии физического контроля качества шва по таблице 3, /3/, расчетное сопротивление R_wy = R_y = 270 МПа (27 кН/см²).

      Коэффициент условий работы по таблице 6, /3/, =0,95.

          Расчетная длина сварного стыкового  шва  = 500 - 2 ∙ 25 = 450мм.

         Определяем момент сопротивления  по формуле (4) и нормальные  напряжения по формуле (3)

,

.

        

        Касательные напряжения вычисляют  по формуле 

                                          

,                                 (6)

где   Q - расчетная поперечная сила, кН;

        S_ω - статический момент половины площади сечения шва относительно нейтральной оси, см³;

        I_ω - момент инерции всего сечения шва относительно нейтральной  оси, cм⁴;

         t_min - наименьшая толщина стыкуемых элементов, t_min = t = 2,5см;

      R_ωs – расчетное сопротивление сдвигу, R_ωs =0,58R_ωy=0,58∙27= 15,7кН/см²;

                                                         ,                                                 (7)

                                                   

.                                                  (8)

          Подставляя эти значения в  формулу (6)  получим

                                                  

,                                              (9)

таким образом 

.

          Приведенные напряжения рассчитываются  по формуле 

                          

,                        (10) 

где   - нормальные напряжения в шве от изгибающего момента, = 17,8 кН/см²;

             - среднее значение касательных напряжений;            

                                                 

,                                              (11)

,

 

      Ответ. Поверочный расчет показал, что прочность сварного стыкового шва не обеспечена. 
 

4. Задача  №4

 
 

     На  стыковое соединение двух листов сечением 500х25 мм действует  изгибающий момент М = 68 кН∙м и продольная сила N = 650 кН. Используя исходные данные предыдущей  задачи произвести поверочный  расчет соединения, рисунок 2.4.

Рисунок 4

      Решение. При одновременном воздействии на стыковое соединение изгибающего момента М и продольной силы N прочность сварного стыкового шва проверяют по формуле

                                   

= + .                                 (12)

      По  условиям  предыдущей  задачи    = 45см;    W_ω = 675 см²;  R_ωy = 27 кН/см² ;  γ_с = 0,95.

      Проверяем прочность стыкового шва по формуле (12) 

= <  

      Ответ. Поверочный расчет показал, что прочность сварного стыкового шва обеспечена. 

 

5. Задача №5

 
 

      Определить  катет углового шва k_f , см, нахлесточного соединения двух листов сечением 500х25 мм  из стали С275 соединенных лобовыми швами, нагруженного продольным усилием N = 650 кН. Сварку производят электродами, коэффициенты условий работы шва (γ_ωf, γ_ωz) и конструкции (γ_с) принять равными 1, рисунок 2.5.  

Рисунок 2.5

   

      Решение. Сварные соединения с угловыми швами (угловые, нахлесточные, тавровые) при действии продольной и поперечной сил рассчитывают на срез (условный) по двум сечениям:

      - по металлу шва

                                    

,                                (13)

      - по металлу границы сплавления

                                      

≤ ,                                (14)

где  β_f , β_z – коэффициенты, принимаемые по таблице 35, /3/;

l_ω – расчетная длина шва, принимаемая меньше его полной длины на 10мм,  l_ω = l – 10 мм;

      R_ωf  – расчетное сопротивление угловых швов по металлу шва;

  R_ωz – расчетное сопротивление по металлу границы сплавления, по таблице 3, /3/, R_ωz = 0,45 R_un , где R_un – нормативное временное сопротивление стали, принимаемое по таблице 51, /3/;

        k_f   -  катет углового шва;

           γ_ωf, γ_ωz – коэффициенты условий работы шва, равные 1;

        γ_с  –  коэффициент условий работы.                                                                      

      Определяем  величину катетов лобовых швов k_f см, из формул (13) и (14) 

                              

,                                 (15)

                              

,                                 (16) 

где   n – число швов в соединении, в рассматриваемом примере их два, снизу  и сверху, рисунок 5;

      β_f  = 0,7;  β_z = 1 –по таблице 35, /3/, для ручной электродуговой сварки;

      l_ω = l – 10мм = 500 – 10 = 490 мм = 49 см;

R_ωf = 200 МПа = 20 кН/см², по таблице 56,/3/, принимая предварительно по таблице 55, /3/, электроды марки Э46;

      R_ωz = 0,45 R_un = 0,45∙380 = 171 МПа = 17,1 кН/см²; 

                          ,

. 

      Учитывая  требования п. 12.8, /3/, что катеты угловых  швов следует принимать не менее  указанных в таблице 39, /3/, принимаем  k_f = 8 мм.

      Ответ.  Катет угловых швов нахлесточного соединения с лобовыми швами принимаем  k_f = 8 мм. 

 

6. Задача №6

 
 

      Рассчитать  нахлесточное соединение с фланговыми швами (определить длину накладки l_н, см), на действие продольной силы N=650 кН. Сечение основных листов мм из стали С275, сечение накладок мм из той же стали, зазор между стыкуемыми листами а = 10 мм. Сварка ручная, электродуговая.  Коэффициенты условий работы шва и конструкции γ_ωz = =1, рисунок 2.6.

Рисунок 2.6 

      Решение.  Производим проверку прочности накладок по формуле

                                              

,                                           (17)

 где А_н  - суммарная площадь поперечного сечения накладок;

       =270 МПа,  по таблице 51, /3/;

      γ_с = 1, по таблице 6, /3/;

А_н = 2∙b_н∙t_н = 2∙46∙1,2 = 110,4 см²,

< .

      Определяем  длину флангового шва, учитывая, что  с одной стороны соединения их четыре (два сверху и два снизу). Из формул (13) и (14) вычислим расчетную длину флангового шва l_ω, см

      - по металлу шва

                              

,                                (18)

      - по металлу границы сплавления

                                

,                                 (19)

где  - по таблице 35, /3/, для ручной электродуговой сварки;

       - катет углового шва, принимаемый  по таблице 39, /3/,

          =8 мм;

- расчетное сопротивление по  металлу шва, по таблице 56, /3/, принимая предварительно по таблице 55, /3/ электроды марки Э42, = 180 МПа = 18кН/см²;

- расчетное сопротивление по  металлу границы сплавления, согласно таблице 3,/3/, =0,45 , где -нормативное временное сопротивление стали С275,  по  таблице 51, /3/,  = 380 МПа,  тогда = 0,45∙380 = 171МПа  = 17,1 кН/см²;