Презентация на тему "Соединения элементов металлоконструкций"

Содержание

• 
  Слайд 1

  Соединения элементов металлоконструкций

  Сварные соединения Начать работу К содержанию

• 
  Слайд 2
  

  Сварное соединение – это неразъёмное соединение, полученное посредством установления межатомных связей между соединяемы-ми частями при их нагревании

  Сварное соединение неоднородно – оно имеет сложную структуру, которая возникает вследствие неравномерного нагрева металла в окрестности точки сварки до высоких температур. Для учёта особенностей работы и расчёта сварные соединения принято разбивать на четыре типа: стыковые, тавровые, угловые и нахлёсточные. Для оценки прочности сварное соединение разбивают на несколько основных зон, каждая из которых имеет свои прочностные свойства. При оценке прочности соединения, как правило, рассчитывают две основные зоны: сварной шов и границу сплавления. Сварные швы, в свою очередь тоже разбивают на типы, которых всего два: стыковые и угловые. Неоднородность сварного соединения приводит к появлению значительных остаточных напряжений, что создаёт опасность разрушения как при статическом, так и при циклическом нагружении (усталость). Поэтому к выбору сварного шва следует подходить очень ответственно.

• 
  Слайд 3

  Структура сварного соединения

• 
  Слайд 4

  Типы сварных швов

  Формы и размеры сварных швов стандартизированы, однако, при необходимости, конструктор может разрабатывать сварные швы со своими формой и размерами.

• 
  Слайд 5

  Стыковые сварные соединения

  Стыковое соединение соединяет кромки листов лежащих в одной плоскости и выполняется стыковым швом. Шов может быть наложен с одной стороны соединения (односторонний шов) и с двух сторон (двусторонний шов). Кроме того швы различают по подготовке кромок соединяемых деталей – с разделкой и без разделки кромок. Форма и размеры сварных швов и обработки кромок определяются соответствующим стандартом. односторонний шов двусторонний шов без разделки кромок с разделкой одной кромки с разделкой двух кромок

• 
  Слайд 6

  Тавровые сварные соединения

  Тавровое соединение соединяет кромку одного листа с поверхностью другого и выполняется стыковыми и угловыми швами. Шов может быть наложен с одной стороны соединения (односторонний шов) и с двух сторон (двусторонний шов). Кроме того швы различают по подготовке кромки одной из соединяемых деталей – с разделкой и без разделки. Форма и размеры сварных швов и обработки кромок определяются соответствующим стандартом. односторонний шов двусторонний шов без разделки кромок с разделкой кромки

• 
  Слайд 7

  Угловые сварные соединения

  Угловое соединение соединяет кромки листов лежащих в пересекающихся плоскостях и выполняется стыковыми и угловыми швами. Шов может быть наложен с одной стороны соединения (односторонний шов) и с двух сторон (двусторонний шов). Кроме того швы различают по подготовке кромок соединяемых деталей – с разделкой и без разделки кромок. Форма и размеры сварных швов и обработки кромок определяются соответствующим стандартом. односторонний шов двусторонний шов без разделки кромок с разделкой одной кромки с разделкой двух кромок

• 
  Слайд 8

  Нахлёсточные сварные соединения

  Нахлёсточное соединение соединяет листы, лежащие в параллельных плоскостях, при этом кромки обоих листов свариваются с поверхностью смежного листа. Такое соединение выполняется только угловыми швами. Шов может быть наложен с одной стороны соединения (односторонний шов) и с двух сторон (двусторонний шов). Швы нахлёсточных соединений выполняются без разделки кромок. Форма и размеры сварных швов определяются соответствующим стандартом. односторонний шов двусторонний шов

• 
  Слайд 9
  

  Указания по проектированию сварных соединений для металлоконструкций кранов

  Выбор вида сварки Для длинных ответственных сварных соединений (e. g. для соединения поясов балок со стенками) следует применять автоматическую сварку. Для коротких сварных швов, там где применение сварочного автомата невозможно или нецелесо-образно (e. g. для соединения диафрагм со стенками и поясами), следует применять полуавтома-тическую сварку. Ручную сварку применяют, как правило, при отсутствии оборудования или невозможности его доставки к месту сварки – в основном при проведении ремонтных работ или монтажных работ на высоте). Наиболее универсальным способом сварки является сварка в среде защитных газов, сварку под флюсом есть смысл применять при соединении материалов с плохой свариваемостью. Выбор формы шва и соединяемых кромок Выбор формы шва и разделки кромок зависит от толщины свариваемых деталей (соответствующие ограничения приведены в стандартах). При выборе сварного шва следует отдавать предпочтение двусторонним швам. В случае невозможности применения двустороннего шва ( ), применяют односторонний шов на остающейся подкладке. При прочих равных условиях меньшую концентрацию напряжений даёт шов с разделкой кромок, поэтому при возможности следует выбирать его. При проектировании соединений листов под прямым углом тавровые швы следует предпочитать угловым – они позволяют добиться лучшей проварки и, следовательно, лучшего качества соединения.

• 
  Слайд 10
  

  Пример – сборка коробчатого элемента Операция 1 привариваем верхний пояс Операция 2 привариваем нижний пояс доступ к шву есть с обеих сторон соединения доступ к шву есть только с одной стороны соединения верхний пояс верхний пояс уже приварен нижний пояс

• 
  Слайд 11

  Расчёт соединений со стыковыми швами

  Сварные соединения, выполненные с применением стыковых сварных швов, при перегрузке разрушаются по основному металлу на некотором удалении от шва. Проверку прочности выполняют по условию: где σe – эквивалентные напряжения по теории Мизеса, которые могут быть определены МКЭ или аналитически; γn – коэффициент надёжности по назначению конструкции,определяемый в зависимости от вида и последствий повреждения; γd – коэффициент надёжности математической модели сварного соединения, принимаемый в зависимости от типа и метода расчёта, типа сварного соединения и напряжённого состояния шва; γс – коэффициент условий работы металла шва и околошовной зоны, принимаемый равным 1,00 при физическом контроле качества швов, и 0,85 при визуально-измерительном контроле; Ry– расчётное сопротивление материала по пределу текучести, принимаемое по стандарту, техническим условиям либо по результатам сертификационных испытаний.  

• 
  Слайд 12
  

  Для тонкостенных конструкций, как правило, характерно двухосное напряжённое состояние, поскольку на свободной поверхности листа напряжения не возникают. В этом случае при определении эквивалентных напряжений учитываются только три компонента тензора:σx, σy, τxy.Формула эквивалентных напряжений по теории Мизеса будет иметь вид: где σx– нормальные напряжения, действующие поперёк сварного шва; σy – нормальные напряжения, действующие вдоль сварного шва; τxy – касательные напряжения в сварном шве.  

• 
  Слайд 13

  Расчёт соединений со стыковыми швами (пример 1)

  В качестве примера рассмотрим расчёт сварного шва ездовой балки крана в месте установки опорной подкладки рельса (см. рисунок). В этом случае в шве возникают нормальные напряжения от изгибающего момента М, местные нормальные напряжения от силы P и касательные напряжения, вызванные перерезывающей силой Q. Эпюры этих напряжений показаны на рисунке. Видно, что наихудшая комбинация компонент тензора напряжений возникает в верхней точке сварного шва в месте соединения стенки с поясом.Для этой точки мы и будем определять величину эквивалентных напряжений. X y X y     На рисунке ниже показано взаимное расположение компонент тензора напря-жений в расчётной точке τxy τyx

• 
  Слайд 14
  

  Нормальные напряжения в указанной точке, возникающие в результате действия изгибающего момента, и направленные параллельно оси балки определяются по формуле: , где Jz – момент инерции расчётного сечения балки относительно горизонтальной оси; h – высота стенки балки. Местные напряжения в указанной точке, возникающие в результате действия силы P, и направленные поперёк сварного шва определяются по формуле: , где t – толщина стенки балки; lef – условная длина распределения нагрузки, определяемая по формуле: , где b – размер опорного элемента в направлении вдоль стенки балки; tf – толщина верхнего пояса балки. Касательные напряжения в указанной точке определяются по формуле Журавского: , где – статический момент отсечённой части сечения для расчётной точки, который определяется по формуле:  

• 
  Слайд 15

  Расчёт соединений со стыковыми швами (пример 2)

  В случае работы сварного шва только на центральное растяжение или сжатие (см. рисунок) напряжённо-деформированное состояние является одноосным. В этом случае компоненты σy и τxy равны нулю, а эквивалентное напряжение равно σx, которое можно определить по формуле: , где N – растягивающее или сжимающее усилие; t – наименьшая толщина соединяемых элементов;   lw – расчётная длина сварного шва, которая равна ширине сварного листа B в случае начала и окончания шва на выводных планках. При сварке без выводных планок расчётная длина шва определяется по формуле:  

• 
  Слайд 16

  Расчёт соединений с угловыми швами

  Основным геометрическим параметром, характеризующим угловой шов является его катет kf, который определяется как катет прямоугольного треугольника с углом при гипотенузе в 45° вписанного в сечение шва. Схемы определения катета для различных форм шва приведены на рисунке ниже. kf kf kf На рисунке обозначено: а) симметричный выпуклый шов; б) несимметричный выпуклый шов; в) вогнутый шов.

• 
  Слайд 17
  

  Проверку прочности соединений с угловыми швами выполняют на условный срез по двум сечениям: по металлу шва и металлу границы сплавления (см. рисунок слева). На рисунке буквой f обозначено сечение по металлу шва, буквой z – сечение по границе сплавления. Проверку прочности угловых швов следует выполнять для обоих сечений по касательным напряжениям. Условия прочности запишем в виде: для металла шва для границы сплавления , где τf, τz– напряжения в расчётных сечениях по металлу шва и границы сплавления соответственно γwf, γwz – коэффициенты условий работы шва, равные 1 во всех случаях, кроме перегрузочных машин климатических исполнений ХЛ, для которых эти коэффициенты равны 0,85 Rwf – расчётное сопротивления металла шва, определяемое в зависимости от применяемого сварочного материала Rwz – расчётное сопротивление металла границы сплавления, определяемое по формуле , где Run – нормативное сопротивление материала по пределу прочности, определяемое в зависимости от свариваемых сталей      

• 
  Слайд 18
  

  При действии нескольких силовых факторов напряжения в расчётных сечениях определяются геометрическими суммами напряжений, вызываемых продольными и поперечными силами и моментом. Так на рисунках слева в расчётных сечениях шва (на верхнем рисунке расчётное сечение проходит по металлу шва, на нижнем – по границе сплавления) действуют касательные напряжения по двум направлениям x и y. В этом случае суммарные напряжения среза по МШ и ГС вычисляются по формулам: Поверхности среза на рисунках показаны красным. Ширина этих поверхностей kwfи kwzназывается расчётным катетом, зависит от полноты шва и определяется по формулам: , где βf и βz- коэффициенты полноты шва, которые зависят от вида сварки, положения шва во время сварки, номинального катета шва.    

• 
  Слайд 19
  

  При нагружении сварного соединения продольной и поперечной силами и моментами (см. рисунок слева) максимальные напряжения в сварных швах определяются по формулам: - для металла шва, и - для границы сплавления где: N, Q, My,Mz – силовые факторы, действующие на сварной шов , – суммарные площади среза всех сварных швов; ,, – моменты сопротивления площадей среза всех швов; , – суммарные площади среза сварных швов, воспри-нимающих перерезывающую силу Q. При определении площадей и следует учитывать, что перерезывающую силу Q не воспринимают швы, расположенные перпендикулярно направлению её действия.  

• 
  Слайд 20
  

  В качестве примера рассмотрим расчёт геометрических параметров фланцевого сварного соединения, показанного на предыдущем рисунке. Схема сварных швов этого соединения показана на рисунке слева.Расчётные формулы – приведены ниже, в таблице.

• 
  Слайд 21
  

  Стандарты, применяемые про проектировании и конструировании сварных соединений

  ГОСТ Р ИСО 17659-2009Сварка. Термины многоязычные для сварных соединений Ручная дуговая сварка: ГОСТ 5264-80 Ручная дуговая сварка. Соединения сварные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры. ГОСТ 11534-75 Ручная дуговая сварка. Соединения сварные под острыми и тупыми углами. Основные типы, конструктивные элементы и размеры. Сварка под флюсом: ГОСТ 8713-79 Сварка под флюсом. Соединения сварные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры. ГОСТ 11533-75 Автоматическая и полуавтоматическая дуговая сварка под флюсом. Соединения сварные под острыми и тупыми углами. Основные типы, конструктивные элементы и размеры. Дуговая сварка в защитном газе: ГОСТ 14771-76 Дуговая сварка в защитном газе. Соединения сварные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры. ГОСТ 23518-79 Дуговая сварка в защитных газах. Соединения сварные под острыми и тупыми углами. Основные типы, конструктивные элементы и размеры. Соединения сварные точечные: ГОСТ 14776-79 Дуговая сварка. Соединения сварные точечные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры. ГОСТ 28915-91 Сварка лазерная импульсная. Соединения сварные точечные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры.

• 
  Слайд 22
  

  Значения коэффициента надёжности по назначению конструкции или её элемента (γn)

• 
  Слайд 23
  

  Значения коэффициента надёжности математической модели сварного соединения (γd)

  Примечания: 1 аналитический расчёт – расчёт напряжений по формулам строительной механики; 2 МКЭ – расчёт напряжений методом конечных элементов (с применением КЭ программ – APM WinMachine, Ansys, Nastran и т.п.)

• 
  Слайд 24
  

  Нормативные и расчётные сопротивления сталей, применяемых для металлоконструкций перегрузочных машин

• 
  Слайд 25
  

  Нормативные и расчётные сопротивления металла швов сварных соединений с угловыми швами

• 
  Слайд 26

  Коэффициенты полноты угловых сварных швов

• 
  Слайд 27
  

  Следует понимать, что типы сварных соединений не всегда соответствуют типам сварных швов. Так, например, в угловом соединении может быть применён стыковой сварной шов. соединение - тавровое шов - стыковой соединение - тавровое шов - угловой соединение - угловое шов - стыковой соединение - угловое шов - угловой

• 
  Слайд 28
  
• 
  Слайд 29
  
• 
  Слайд 30
  
• 
  Слайд 31
  
• 
  Слайд 32
  
• 
  Слайд 33
  
• 
  Слайд 34
  
• 
  Слайд 35
  
• 
  Слайд 36

  Содержание