SK2 (1) (Лекции в формате Word), страница 3

Рис. 58. Группы элементов для нахлесточных сварных соединений с фланговыми угловыми швами (номера групп проставлены рядом с опасными сечениями)

3) Коэффициент позволяет перейти к ограниченному пределу выносливости при заданном числе циклов N. При для всех восьми групп . При для 1 и 2 групп

, (82)

для всех остальных групп с 3 по 8

. (83)

4) Коэффициент отражает влияние двух факторов: коэффициента асимметрии цикла r и знака максимального растяжения . При

для , (84)

для , (85)

для . (85)

При

для . (86)

В случае формулы (84) и (86) дают одинаковый результат . Это наименьшее из возможных значений коэффициента. При значений коэффициента при сжатии ( ) по формуле (86) в 2 раза больше, чем при растяжении по формуле (85). Это отражает тот факт, что растяжение ускоряет рот усталостных трещин, а сжатие тормозит.

Произведение оказывается иногда довольно большим. Это означает, что выносливость сварного соединения обеспечена. Однако сохраняется возможность разрушения по основному металлу при первом приложении нагрузки, если не выполнено условие статической прочности, которое в СНиП II-23-81 записано в виде

, (87)

где - предел прочности, - коэффициент надежности по материалу (запас на возможный разброс механических свойств), - дополнительный коэффициент запаса при расчете по пределу прочности.

При возможности хрупкого разрушения снижают на 15 %.

Расчет на статическую прочность сварных швов по СНиП II-23-81 производят по формулам: для стыковых швов на растяжение, сжатие и изгиб

, (88)

для угловых швов на срез

. (89)

Сопоставление этих формул с ранее рассмотренными (8) и (10) дает значение допускаемого напряжения для стыкового шва

, (90)

где при сварке с контролем качества и при сварке без контроля качества (0,85 – коэффициент, учитывающий возможное уменьшение сечения стыкового шва из-за наличия в нем дефектов); - коэффициент условий работы (зависит от вида и степени ответственности конструкции), для большинства конструкций (кроме случаев, перечисленных в таблице в СНиП II-23-81) ;

, (91)

- предел текучести.

Значение допускаемого напряжения для углового шва

, (82)

где - расчетное сопротивление углового шва; - коэффициент условий работы шва (принимается в районах с низкими температурами и учитывает возможность хрупкого разрушения).

определяют для двух сечений (по шву и по линии сплавления с основным металлом). По шву

, (93)

где - предел прочности металла шва, - коэффициент надежности по материалу ( при МПа и при МПа).

По линии сплавления

, (94)

- предел прочности основного металла. Расчет по линии сплавления следует проводить тогда, когда шов более прочный, чем основной металл (иначе разрушение возможно только по шву).

При расчете по шву и по линии сплавления применяются разные значения коэффициентов проплавления, соответственно и . При сварке без проплавления , .

Различная прочность швов при различном направлении нагрузки в СНиП II-23-81 не учитывается (с=1 для всех швов).

1. Анализ метода расчета на выносливость по СНиП

Важное достижение – задание отдельно от . При высокой концентрации напряжений значение одинаковое для различных конструкционных сталей и этот факт четко отражен в СНиП. Таким образом, выбор стали с более высоким пределом текучести не обеспечивает повышения прочности сварных соединений с угловыми швами. Необходимо снизить концентрацию напряжения (перейти к соединениям, входящим в первую или вторую группы), только после этого имеет смысл выбирать более прочную сталь.

Главный недостаток – грубая система учета концентрации напряжения (по картинкам): всего 8 групп и 8 значений . Этот подход упрощает расчет, но снижает его точность. Влияние соотношений размеров сварного соединения на концентрацию напряжения не учитывается, хотя в действительности оно может изменить концентрацию в ту или иную сторону на 1 – 2 группы. Анализ рис. 54 показывает, что разброс фактических значений коэффициента концентрации напряжения в пределах каждой группы весьма значительный (превышает различие между соседними группами).

Необходима более гибкая система учета реальной концентрации напряжений. Такой метод расчета требует применения компьютерной техники для моделирования сварочных соединений.

Еще один недостаток имеется в формулах, учитывающих количество циклов нагружения. Формул всего две: для 1-2 групп (82) и для всех остальных (83). Между 2 и 3 группами имеется большое различие коэффициента α (для третьей группы α на 26 % выше), в то время как для второй группы всего на 11 % выше, чем для третьей. В результате допускаемое напряжение для третьей группы оказывается выше, чем для второй, что противоречит физическому смыслу.

2.10. Пример расчета

Дано (рис. 59): площади сечения двутавра мм² и уголка мм² , цикл пульсирующий ( ), число циклов , длина косынки мм, длина флангового шва мм. Определить несущую способность узла и спроектировать равнопрочные швы.

Рис. 59. Сварной узел фермы с косынкой

Решение:

;

(для групп с 3 по 8);

при ; при ;

(для 4-й группы), (для 7-й группы),

(для 8-й группы).

Для растянутого уголка .

Для двутавра . Если заменить косынку на прямоугольную, то номер группы и допускаемая нагрузка для двутавра изменятся: . Допустимая нагрузка для всего узла составит в первом случае 114 600 Н, во втором – 72300 Н. Для первого случая требуемые катет швов для приварки косынки к двутавру и для приварки уголка.