Расчет сварочного шва на прочность онлайн: Расчет стыковых и угловых сварных швов (Excel)

Содержание

Проверка на прочность сварных швов

Охарактеризовать надежность упаковки и тары можно также проверив на прочность её сварные швы.

Показатель прочности швов можно легко определить с помощью разрывной машины любого типа. Это делается методом оценки прочности в момент расслаивания сварного шва, то есть аналогично методу определения адгезионной прочности тары. Тут образец, который используется для исследования тары вырезают так, чтобы сварной шов был расположен в средней части исследуемого образца. Все результаты, полученные при определении, могут выражаться предельной величиной нагрузки, которая отнесена к ширине образца. Также выражается прочность сварных швов в процентах от прочности основного полимерного термопластичного материала, который был подвергнут термической сварке, то есть, таким образом, соотносят нагрузку, которая вызывает расслаивание этого сварного шва, к нагрузке, которая была получена при определении напряжения разрушаемого для тары при её растяжении.

Прочность сварных швов можно также оценить, используя измерения максимального избыточного давления воздуха. Этот воздух нагнетается внутрь пакета, изготовленного из полимерного материала или же из комбинированного материала со сварными швами, который не вызывает нарушение его герметичности. Показатель этого процесса выражают в Па. Для этого, в момент проведения опыта в открытый пакет, имеющий два или три сварных шва и изготовленного из полимерного материала (обычно размер пакета составляет 150-100 мм.) через отверстие с диаметром в 6–8 мм. в одну из стенок вводят специальный выполненный патрубок. Он герметично закреплён на стенке с помощью шайбы и с помощью резиновых прокладок.
После того, как патрубок установлен в пакет, его герметично сваривают с открытой стороны и затем через трубку этого патрубка нагнетается воздух в пакет, затем постепенно повышают давление, приблизительно со скоростью 2–3 Па в мин. Если произошло нарушение герметичности пакета, то это значение фиксируется, обозначается избыточное давление по манометру на насосе или же на ресивере.

Такое испытание проводится на трёх пакетах, при этом отмечается характер нарушения его герметичности, например, «нарушение герметичности по шву», «нарушение герметичности по материалу», «нарушение герметичности вблизи шва» и т. д.

ГОСТ Р 50962-96 — основные положения. ТулаПак

Группа Л26

ПОСУДА И ИЗДЕЛИЯ ХОЗЯЙСТВЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ ИЗ ПЛАСТМАСС

Общие технические условия

ОКС 83.140
ОКП 22 9310, 22 9320, 22 9350*

* Измененная редакция, Изм. N 1. Дата введения 1998-01-01

3.2.2 В случае допущения изготовления изделий из производственных отходов из пластмасс это указывают в НД или ТД на изделие или группу изделий. Применение производственных отходов из пластмасс для изготовления изделий, предназначенных для контакта с пищевыми продуктами, должно быть согласовано с Минздравом России. Применение производственных отходов из пластмасс для изготовления изделий детского ассортимента не допускается.

3.6.2 Внешний вид наружной поверхности изделия в зависимости от метода его изготовления должен удовлетворять следующим требованиям:
…
— при изготовлении изделий методом экструзии не допускаются подтеки, наличие нерасправляющихся (запрессованных) складок, проколов, трещин.

…
3.6.4 Сварной шов для изделий из пленки должен быть равномерным по всему контуру, без пробоин.

3.7 Покрытие, нанесенное на изделие, должно быть ровным, без вздутий, пузырей и отслаивания.

Рельеф должен быть четким, без смещений. Рисунок, нанесенный различными методами (печатью, тиснением и деколем и др.), должен быть четким, без искажений и пропусков. При декорировании изделий цветной пленкой допускается наличие следа пленки, не ухудшающего внешний вид изделия. Не допускается смещение составных частей рисунка относительно друг друга более чем на 1 мм.

3.8. По показателям качества изделия должны соответствовать требованиям, указанным в таблице 1.
…
15 Стойкость рисунка флексографической печати к липкой ленте, балл: 2-3
16 Стойкость мешков (пакетов) с ручками к нагрузке, кг, не менее: 3
…
18 Прочность сварного шва при разрыве, % от нормы прочности пленки, из которой изготовлено изделие, не менее: для сумок и мешков (пакетов) – 65, для других изделий – 50.

19 Герметичность сварного шва мешков (пакетов) из пленочных материалов, кроме мешков для мусора: шов не должен пропускать воду.
20 Разрывное усилие сварного шва для ручек из пленки (кроме вырубных), Н, не менее 10

5. МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ

…
5.18 Определения стойкости рисунка флексографической печати к липкой ленте

На изделие с рисунком или образец, вырезанный из него, накладывают полосу из липкой ленты длиной 100 мм, шириной не менее 10 мм, оставляя конец длиной 10 мм неприклеенным. Приглаживают ленту вручную для удаления из-под нее пузырьков воздуха.

Затем ленту оттягивают назад под углом менее 180 град. Первые 50-60 мм ленты оттягивают медленным движением в несколько приемов, а затем сильным рывком.

За стойкость рисунка к липкой ленте принимают среднее арифметическое значение 3 определений в соответствии с трехбалльной системой:

3 балла — на липкой ленте нет следов окраски;

2 балла — незначительное отслаивание краски;

1 балл — полное отслаивание краски.

5.19 Стойкость мешка с ручками к нагрузке определяют, заполняя мешок водой или любым сыпучим материалом массой, равной предусмотренной максимальной нагрузке плюс 1 кг, и выдерживая его в подвешенном за ручки состоянии в течение 1 ч.

Мешок с ручками считают выдержавшим испытание, если он не имеет повреждений.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

5.20 Прочность зажима определяют на разрывной машине любого типа, обеспечивающей скорость раздвижения захватов (500±50) мм/мин.

Пять образцов вырезают из различных участков мешка с зажимом так, чтобы зажим был расположен в середине образца перпендикулярно к направлению движения подвижного захвата машины.

Определение проводят на образцах шириной (30±0,5) мм, длиной не менее 150 мм. Длина рабочей части образца — (50±0,5) мм. Перед испытанием образцы выдерживают в течение 3 ч в комнатных условиях.

За результат испытания принимают среднее арифметическое 5 значений разрушающего усилия, фиксируемого шкалой машины.

5.21 Прочность сварного шва при разрыве определяют по ГОСТ 14236 на разрывной машине любого типа. Образцы для испытания шириной (15,0±0,2) мм или (18,0±0,2) мм и длиной не менее 150 мм вырезают из различных участков швов так, чтобы сварной шов был посередине образца и был перпендикулярен к направлению движения подвижного захвата испытательной машины. Края образцов должны быть ровными, без зазубрин и видимых дефектов.

Длина рабочей части образца — (50±0,5) мм.

Скорость движения зажимов испытательной машины — в соответствии с НД или ТД на конкретный материал. Перед испытанием образцы выдерживают в течение 3 ч в комнатных условиях.

При определении прочности сварного шва, соединяющего несколько слоев пленки, за толщину материала принимают суммарную толщину слоев пленки в образце.

За результат испытания принимают среднее арифметическое пяти определений, допускаемое расхождение между которыми не должно превышать 20 %.

5.22 Герметичность сварного шва мешков (пакетов), кроме мешков для мусора, из пленочных материалов определяют, заполняя около 1/2 объема изделия, но не более 2,0 л, водой температурой (20±5) °С.

Затем изделие с водой выдерживают в подвешенном состоянии в течение 30 мин.

5.23 Разрывное усилие сварного шва для ручек из пленки определяют по методике, изложенной в 5.21.

Вернуться в каталог нормативной документации

Вернуться в каталог статей Энциклопедии

Компания ТулаПак			Мы в соцсетях:		Поделиться:
звоните бесплатно: тел./факс в Москве: тел./факс в Туле:	8 800 700-05-65 +7 (495) 960-87-78 +7 (4872) 35-87-75

Сколько может выдержать шов после сварки электродами

Максимальная нагрузка шва после сварки электродами

Как известно на сварочный шов возлагаются большие надежды. При сварке различных конструкций, изделий рассчитывают нагрузку на шов и проводят тесты перед серийным выпуском. Тестируют на излом, сжатие, растяжение и усталость металла в различных температурных режимах. Создают условия в которых будет эксплуатация деталей конструкций. Что касается ремонта в различных погодных условиях то проводить различные опыты довольно затруднительно за отсутствие специального оборудования.

В таких случаях наша надежда опирается на умение варить и определенные знания в области электродов и свариваемых металлов. В различных справочниках по сварке можно найти информацию о швах. Так же существует ГОСТ 5264-80 где можно найти нужный нам стык. Это касается простых конструкций из стали, железоникелевых и никелевых сплавов. Трубы свариваются швом совсем по другому ГОСТ 16037-80.

Рассмотрим пример по конструкционной стали. Варить будем электродом МР-3 арсенал.

Максимальное допустимое значение нагрузки 430 МПа. При условии если правильно сварим.

Металл возьмем из паспорта Ст3. Его характеристики.

Как видим максимальное значение 490 МПа нагрузки. Толщину возьмем 3мм и будем варить шов как на рисунке.

Теперь рассмотрим само соединение Т6.

Видим что катет превосходит толщину металла примерно на оду третью. Тем самым мы уравниваем максимальное значение нагрузки на шов. В данном примере 490МПа. На видео проведен тест такого соединения.

Практика показывает что сварка выдерживает куда более сильные нагрузки чем сама сталь. Бывает что перегревают свариваемое место и происходит ослабление структуры что приводит к излому. Так как пластичность шва берет на себя часть внутреннего напряжения, то старайтесь варить с отрывом на тонком металле. Сам лично не раз прожигал. Особенно когда кроме диаметра тройки нет ни чего. А варить приходилось сталь 1,5мм в толщину и то в труднодоступных местах.

Что касается трубопровода самое главное отсутствие дефектов в наплавленном металле. Иначе малейшая трещина со временем приводит к аварии. Техника проварки шва ведется непрерывно за исключением смены электродов. Бывают не поворотные стыки и приходится работать с зеркалом. Если трубы под давлением то нагрузка распространяется на стенки трубопровода. Так как структура металла в зоне свари не однородна. Такие места подвергаются растяжению (раздуваются). К примеру зимой часто происходят аварии на трубопроводе по водоснабжению и отоплению.

По этому на вопрос, сколько может выдержать сварочный шов после сварки электродами, мы разобрали на одном примере. Если хотим достичь хороших результатов и не боятся что сварка лопнет по шву то пользуйтесь ГОСТами. Несколько из них я упомянул ранее. Что же касается качества сварки в зимний период это отдельная тема и более сложные требования к техпроцессу.

Произвести расчет прочности сварного шва онлайн.

А если хотите сами рассчитать сколько ~~реально~~ может выдержать шов я даю вам ссылочки на хорошую литературу.

Справочник сварщика стр 353 расчет сварочных соединений на прочность.

Скачать книгу spravochnik_svarsh.djvu
Скачать программу для открытия книги можно здесь (Оф сайт).

(2 ) — 3 ,

§ 3 Расчет тонкостенных обечаек, нагруженных наружным давлением

Под наружным давлением находятся вакуумные аппараты, корпуса с рубашками и различные внутренние устройства.

Толщину стенки аппарата, находящегося под наружным давлением, рассчитывают на прочность по тем же формулам и с теми же запасами прочности, что и аппараты с внутренним давлением. Коэффициент прочности сварного шва в этом случае принимают равным единице.

Однако для аппаратов, находящихся под внешним давлением, одного расчета на прочность недостаточно. Необходимо проверять также на устойчивость оболочки. Тонкостенные оболочки под действием наружного давления могут потерять свою правильную форму и расплющиться раньше, чем напряжение сжатия достигнет разрушающей величины.

При расчете на устойчивость оболочки условно делят на длинные и короткие.

Если оболочка сопрягается с эллиптическим днищем, то расчетную длину L увеличивают на 1/3 высоты Н эллиптической части днища; при сопряжении обечайки с коническим отбортованным днищем длину отсчитывают от края отбортовки (см. рисунок).

Если

то оболочка считается длинной (где L – расчетная длина оболочки; D – внутренний диаметр оболочки; s – толщина стенки оболочки принятая при расчете на прочность; с1 = 1 ÷ 2 мм – прибавка на коррозию).

Если

то оболочка считается короткой.

Длинная оболочка рассчитывается на устойчивость по формуле

где D – внутренний диаметр, мм;

р – наружное давление, МПа;

Е – модуль продольной упругости, МПа [5, с. 36, табл.3];

с – общая прибавка на коррозию, мм;

Короткая оболочка рассчитывается на устойчивость по формуле

Металлические конструкции 2 | reshebniki-online.com

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ФГОУ ВПО «Чувашский государственный университет

им. И.Н. Ульянова»

Строительный факультет. Заочное отделение.

Кафедра строительного производства и

экономика строительства

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине

«Металлические конструкции »

Тема: «Балочная клетка рабочей площадки одноэтажного

промышленного здания »

Выполнила студентка

гр. ЗС -16-07 Галимова А.А.

Руководитель: Иванова Н.В.

Чебоксары 2009

Содержание

Задание на проектирование

Раздел I

Расчет настила балочной клетки

Раздел II

Вариантное проектирование балочной клетки

2. 1. Нормальный тип

2.2. Усложнённый тип

Раздел III

3. Расчет главной балки

3.1. Определение нагрузок и расчетных усилий

3.2. Подбор сечения главной балки

3.3. Изменение сечения главной балки по длине

3.4. Проверка прочности, прогибов, общей устойчивости балок

3.4.1. Проверка прочности балок

3.4.2. Проверка устойчивости балок

3.5. Проверка местной устойчивости элементов главной балки

3.6. Расчет поясных сварных швов

3.7. Расчет опорных ребер

3.8. Расчет узлов сопряжения балок

3.9. Расчет монтажного стыка балок.

Раздел IV

4. Расчет колонны

4.1. Расчет стержня сплошной колонны

4.2 Расчет базы колонны

4.3. Расчет оголовков колонн

Раздел V

5. Расчет связей

5.1.Расчет портальной связи

5.2. Расчет крестовой связи

Список использованной литературы

Раздел I

Расчет настила балочной клетки

Расчетный пролет настила принимают равным расстоянию в свету между балками настила, а его опирание на балки считают шарнирно неподвижными (рис. 1.1)

рис 1.1

Определяем размеры настила.

Толщину настила назначаем в зависимости от g _н : g _н =16кН/м=> t _н =10мм.

Сила, растягивающая настил:

Н=(γ _f П² /4)* β² E ₁ t _н

Где Е₁ =Е/(1- v ² ), Е=(2,06*10⁴ )/1-0,3² =2,26*10⁴ кН/см²

Н=(1,2*3,14² /4)*(1/150)² *2,26*10⁴ *1,0 = 2,97кН/м

Определяем размеры настила по формуле:

l / t =4 n ₀ /15(1+72 E ₁ / n ₀ ⁴ q )

l / t =((4*150)/15)*(1+( 72*2. 26*10⁴ )/(150⁴ *0,0018)=112

Принимаем t =10 мм, тогда l =125*1,0=125см

Для соединения настила с балкой настила используем угловую полуавтоматическую сварку в нижнем положении с применением сварочной проволоки

Расчетный катет шва при определении по металлу шва:

к _f = Н/(β _f l_w R_wf γ_wf γ_c ), где β _f =0,9

R_wf =165- расч. сопрот. шва срезу по металлу шва для стали С245

Для стали С245, эксплуат. в. норм. условиях (внутри цеха) можно использовать сварную проволоку Св-08А, для которого R_wf =180 МПа.

γ_wf =1- коэфф. условия работы шва

γ_c = 1- коэфф. условн. раб. Конструкции

а) расчетный катет шва при определении по металлу шва:

к _f = Н/(β _f l_w R_wf γ_wf γ_c )=2,97/(0,8*1*18*1*1)=0,18 см

б) расчетный катет шва при определении по металлу границы сплавления:

к _f = Н/(β _z l_w R_wz γ_wz γ_c ) ,где

β _z =1,05 – коэфф., опред. по табл. 34 СНиП II -23-81*

R_wz – расч. сопрот. углового шва срезу по металлу границы сплавления

R_wz = 0,45 R_un = 0,45*345=155 МПа

γ_wz = 1- коэфф. условия работы шва

к _f = Н/(β _z l_w R_wz γ_wz γ_c )= 2,97/(1,05 *1*15,525)=0,17см

Из 2-х вычислен. Значений выбираем большее, т.е. к _f = 0,18 ≈0,2 см

Определяем толщину шва к _f , исходя из его возможной длины:

к _f ≥(1/ β _f )√Н/85 R_wz = (1/0,9)√2,97/85*155,25 = 0,36см

Окончательно принимаем к _f = 4 мм

Раздел II

Вариантное проектирование балочной клетки

Пролет гл. балки – 12м

Шаг колонн – 7 м

Временная нормат. распред. нагр. q _н = 16 Кн/м²

Коэфф. надежн. по нагр. γ_f = 1,2

Материал балки — настила сталь С245 ( R_y = 240 МПа)

Рассмотрим 2 варианта компоновки балочной площадки:

2.1. Нормальный тип

В нормальной балочной клетке (рис 2.1.) балки настила опираются на главные балки, которые устанавливаются на колонны в направлении большего пролета

рис 2.1.

1) При выбранной толщине настила t _н =1,0 мм пролет l _н =1,25м.

Тогда примем следующую раскладку, изображенную на рис. 2.1. а = 1, 3 м.

Определим вес настила, зная, что 1м² стального настила толщ. 10 мм весит 78,5 кг:

g = 1,0*78,5 = 78,5 кг/м² = 0,785 кН/м²

Нормат. нагр. на балку настила:

q ^н = (р^н + g ^н ) a =(16+0,785)*1, 3 =20,98 кН/м

Расчетная нагрузка на балку настила:

q = (γ _f ₂ р^н + γ _f ₁ g ^н )а = (1,2*18+1,05*0,785)1, 3 = 24,01 кН/м

где γ _f ₁ =1,05, γ _f ₂ =1,2 – коэфф. надежн. по нагр.

Расчетный изгиб. момент:

M_max = ql ² /8 = 24,01*7² /8 = 147,06кН*м = 14706кН*см

Треб. момент сопротивления балки определяем, принимая с₁ = с =1,1:

W _тр = M_max /с₁ R_y = 14706/1,1*24,0 = 556,8 см³

Примем двутавр №33 , имеющий W_x = 597 см³ , I = 9840см⁴ , g = 42,2кг/м, b = 14 см,

Проверяем только прогиб по формуле:

f = 5 q ^н l ⁴ /384 EI = 5*0,2098*700⁴ /384*2,06*10⁴ *9840 = 4,08<(1/250) l =3,2 см

Принятое сечение балки не удовлетворяет условиям прочности и изгиба.

Примем двутавр №36 , имеющий W_x = 743 см³ , I = 13380см⁴ , g = 48,6 кг/м, b = 14,5 см, h = 36см.

f = 5 q ^н l ⁴ /384 EI = 5*0,2098*700⁴ /384*2,06*10⁴ *13380 =

=2,93/1,06=2,3 см< 2,8 см

Принятое сечение балки удовлетворяет условиям прочности и прогиба. Проверку касательного напряжения в прокатных балках при отсутствии ослабления опорных сечений обычно не производят, т.к. она легко удовлетворяется из-за относительно большой толщины стенки балок.

Определяем расход металла на 1 м² перекрытия:

Настил: 1,0*78,5=78,5кг/м² ; балка: g / a = 48,6/1, 16 = 42,15кг

Весь расход: 78,5+42,15 = 1200 кг/м² =120кН/м²

2. 2. Усложнённый тип

рис 2.2.

В усложненную балочную клетку по сравнению с нормальной дополнительно вводят вспомогательные балки, передающие нагрузку с балок настила на главные балки.( рис 2.2.)

Шаг балок настила зависит от несущей способности настила и назначается в пределах 0,6-1,6 м. Шаг вспомогательных балок принимается от 2 до 5 м.

По конструктивным соображениям шаг вспомогательных балок примем 3 м.

1) При t _н =10мм примем шаг балок настила 1,16м

Нормат. и расч. нагр. на балку настила:

q ^н = (16+0,785)1,16= 19,45кН/м

q = (γ _f ₁ р^н + γ _f ₂ g ^н )а = (1,2*16+1,05*0,785)1,16 = 23,2/м

Расчетный изгиб. момент:

M_max = ql ² /8 = 23,2*4² /8 = 46,4 кН*/м = 4640кН/см

Треб. момент сопротивления балки определяем, принимая с₁ = с =1,1:

W _тр = M_max /с₁ R_y = 4640/1,1*24,0 = 175,8

Примем двутавр №20, имеющий W = 189 см³ , I = 1840см⁴ , g = 15,9 кг/м, b = 0,81 см.

Проверяем только прогиб по формуле:

f = 5 q ^н l ⁴ /384 EI = 5*0,4640*400⁴ /384*2,06*10⁴ *1840= 4,08<1,04

Принятое сечение балки не удовлетворяет условиям прочности и прогиба.

Принимаем двутавр №22 W =232см³ I =2550 см⁴ g =24кг/м b =110см

f =5*0.4640*400⁴ /384*2.06¹⁰ *2550=2.9<1.6

Принятое сечение не удовлетворяет условиям прочности и прогиба.

Принимаем двутавр №24 W=371 см³ I=5010см⁴ g=31.5 кг/м b=125см

F =5*0.4640*400⁴ /384*2.06*10⁴ *5010=1.4<1.6 условие прочности выполнено.

Определяем нормативные и расчетные нагрузки от балок настила на вспомогательную балку:

q ^н = (16+0,785+31,5/116)*4 = 0,66 кН/см

q = (1,2*16+1,05*0,785+31,5/116)*4 = 86,2кН/м

Поперечная сила на опоре:

Q_max = ql /2 = 86,2*4/2 = 172,9 кН

Расчетный изгиб. момент:

M_max = ql ² /8 = 86,2*7² /8 = 527,9 кН/м = 52790 кН/см

Треб. момент сопротивления балки определяем, принимая с₁ = с =1,1:

W _тр = M_max /с₁ R_y = 52790/1,1*24,0 = 199,6см³

Примем двутавр №55, имеющий W = 2035 см³ , I = 55962 см⁴ , g =92,6 кг/м, b = 18см, t = 1,65 см.

Проверяем только прогиб по формуле:

f = 5 q ^н l ⁴ /384 EI = 5*0,66*700⁴ /384*2,06*10⁴ *55962= 1,7< 2,8

Принятое сечение балки удовлетворяет условиям прочности и прогиба.

Проверяем общую устойчивость вспомогательных балок в середине пролета, в сечении с наиболее нормальными напряжениями. Их сжатый пояс закреплен от поперечных смещений, которые вместе с приваренным к ним настилом образуют жесткий диск.

h / b = 55/18 = 3,05 < 6; b / t = 18/1,65= 10,9< 35

В сечении l /2 при τ = 0 и с₁ = с получаем δ = [1-0,7(с₁ – 1)/(с – 1)] = 0,3

l₀ /b = δ [0,41+ 0,032b/t+ (0,73 – 0,016b/t)b/h]

l ₀ / b = 0,3[0,41+ 0,032*18/1,65+ (0,73 – 0,016*18/1,65)18/65] *10⁴ /18= 5,8 > 6,4=100/18

Поскольку 5,8 > 6,4 принятое сечение удовлетворяет условию прочности, устойчивости и прогиба.

Суммарный расход металла: 78,5 + 27,3*1+92,6/4=128,95 кг/м² По расходу металла вариант 1 выгоднее.

Раздел III

3. Расчет главной балки

3.1. Определение нагрузок и расчетных усилий

В балочной клетке главные балки, как правило, применяются составного сечения. Составные балки могут быть сварными или клепаными. В курсовой работе по балочной клетке рекомендуется запроектировать сварную главную балку (рис.3.2.)

Расчетной схемой главной балки является разрезная балка с шарнирами на опорах, нагруженная равномерно распределенной нагрузкой (рис 3.1.). Нормативная нагрузка на единицу длины:

рис 3.1 рис 3.2.

Нормативная нагрузка на ед. длины:

q ^н = 1,02(р^н + g ^н )В =1,02*(16+1,2)*7=122,8 кН/м

Расчетная нагрузка на ед. длины:

q =1,02 (γ _f ₂ р^н + γ _f ₁ g ^н )В = 1,02*(1,2*16+1,05*1,20*7 = 146,1кН/м

где В – шаг колонн

Расчетный изгибающий момент в середине пролета:

M_max = ql ² /8 = 146,1*12² /8 = 2629,5 кН*/м = 262950кН/см

Поперечная сила на опоре:

Q_max = ql /2 = 146*12/2 = 876,6 кН

3.2. Подбор сечения главной балки

Главную балку следует принимать с изменением сечения по длине, и тогда расчет ее выполняется с учетом развития пластических деформаций.

Подбор сечения начинается с определения требуемого момента сопротивления по формуле:

W _тр = M_max /с₁ R_y γ_c = 262950/1,1*24,0*1 = 10956,21 см³

с₁ – коэффициент учит. разв. пластич. деформаций

γ_c = 1 – коэффициент условной работы конструкции

R_y = 240 Мпа – расч. сопр. стали С245

Из условия наименьшего расхода, стали определяется оптимальная высота балки:

h_opt = k √ W _тр / t_w

где k — конструктивный коэффициент для сварных балок переменного по длине сечения равен 1,15;

t_w — рациональная толщ. стенки, которая предварительно задается, мм

t_w = 7 + 3 h /1000 = 7 + 3*1300/1000 = 10,9 , где

h = l /10 = 12/10 = 1,2м = 1200 мм

По сортаменту принимаем t_w = 12 мм

h_opt = k _тр/ t_w = 1,15 /1,2 = 95,5 см

Из условия обеспечения жесткости определяется минимальная высота балки по формуле:

h_min = (5 L R_y γ_c q ^н /24 Eq )*[ l / f ] = (5*1200*1,1*24*400*122,8/24*2,06*10⁴ *146,1)* =91,92 см

[ l / f ] ≤ 400 – предельн. относит. прогиб

Принимаем высоту балки h = 125 см.

Из условия работы стенки на разрез:

t_w = 3 Q /2 hR _ср γ_c = 3*876,6/2*125*13,9 = 0,75см ≈ 1 см

Из условия местной устойчивости без постановки продольных ребер жесткости:

t_w ≥ [ h /5,5* / E = 125/5,5* = 0,78см

Окончательно принимаем t_w = 12 мм, h = 125см

Размеры горизонтальных поясных листов находят из условия необходимой несущей способности балки:

I _тр = W _тр h /2 = 10956,2*125/2 = 684762,5 см⁴

Находим момент инерции стенки:

I_w = t_w h_w ³ /12 ,

где h_w = h – 4 = 125-4= 120 c м

I_w = 1,2*121³ /12 = 177156,1 см⁴

Момент инерции, приходящийся на поясные листы, определяют по формуле:

I_f = I _тр — I_w = 684762,5– 177156,1 = 507606,4 см⁴

Требуемая площадь сечения поясного листа:

A_f = 2 I_f /h₀² = 2*507606,4 /123² = 67,10 см ²

где h₀ = h — t_f = 125 – 2 = 123c м

Принимаем пояса из универсальной стали 335х20 мм

( t_f = 20мм; b_f =335мм)

b_f = A_f / t_f = 145,2/2 = 72,6см²

А _w = h_w t_w = 121*1,2 = 145,2см²

Подобранное сечение балки необходимо проверить на прочность.

Для этого находят фактический момент инерции балки:

I_n = I_w + 2 b_f t_f (h_w /2 + t_f /2)² = 177156,1 + 2*33,5*2 (121/2 + 2/2)² = 683977,6c м ⁴

И момент сопротивления

W_n = 2 _n / h = 2*683977,6/125 = 10943,641 c м³

Проверка прочности в среднем сечении балки выполняется по формуле:

σ = М/ W _п ≤ R_y γ_c

где W _п — момент сопротивления сечения нетто;

σ = 262950/1,12*10956,2 = 21,4<22 кН/см²

Условие прочности удовлетворяется.

3.3. Изменение сечения главной балки по длине

С целью уменьшения расхода стали в сварных балках сечения рекомендуется изменять за счет уменьшения ширины поясов у опор (рис 3. 3.)

рис 3.3.

Расстояние от края балки до места изменения сечения

Х = L /6 = 1200/6 (2-(4-3/1)^— 2=203.06см

М₁ = [ qx ( l – x )]/2 = [146.1*20* (12-2)]/2 = 1461 кН*м

Q ₁ = q ( l /2- x ) = 146(12/2 – 2) = 584.4 кН

W ₁ = M ₁ / R _св = 146100/0,85*22= 7812.8 см³

I ₁ = W ₁ h /2 = 7812.8*125/2 = 488302.13 c м⁴

Определяем треб. момент инерции поясов:

I_f ₁ = I ₁ – I_w = = 488322.13 – 177156. 1= 311146 c м⁴

Требуемая площ. уменьшенного сечения поясного листа:

A_f ₁ = 2 I_f ₁ / h ₀ ² = 2*311146 /123² = 42.2 см²

Принимаем пояса из универсальной стали 205х20 мм

( t_f = 20мм; b_f ₁ =205 мм)

A_f ₁ = b_f ₁ t_f = 20*2,05 = 41 см²

Принятый пояс удовл. рекомендациям b _п1 ≥18 см и b _п1 > h /10 = 12,5 см

Определение момента инерции и момента сопротивления уменьшенного сечения:

I₁ = I_w + 2 b₁ t_f (h_w /2+ t_f /2)² = 177156. 1 + 2*2 .05(121/2)² = 477296.6 c м ⁴

W₁ = 2 I₁ /h = 2*477296.6 /125 = 7636.8 см ³

σ_max = M₁ /W₁ = 1461.0/8767,3 = 19.13 кН / см ² < R _св = 24 кН / см ²

3.4. Проверка прочности, прогибов, общей устойчивости балок

3.4.1. Проверка прочности балок

Проверяем максимальное нормальное напряжение в поясах в середине балки:

σ_max = M_max / c ₁ W_n = 262950.1/10956.2*1,12 = 21,42 ≤ 24*1=24 кН/см²

Проверяем максимальн. касат. напряжения в стенке на опоре балки:

τ = Q_max S ₁ / I ₁ t_w ,

где S ₁ – статический момент полусечения балки

S₁ = b₁ t_f h_o /2 + t_w h_w² /8 = 20*2,05*123/2 + 1,2*123² /8 = 4790. 8 см ³

τ = Q_max S₁ /I₁ t_w = 876.6*4790.8 /477296 *1,12 = 9.8 кН / см ² < R_s γ_c = 20.4 кН / см ²

Проверяем совместное действие σ и τ на опорах в неразрезных балках в месте изменения сечения в уровне поясных швов.

σ_red =√ σ ₁ ² + 3 τ ₁ ² ≤ 1,15 R_y γ_c

где σ ₁ и τ ₁ – нормальные и касательные напряжения в крайнем волокне стенки балки

τ ₁ = Q ₁ / I ₁ t_w = 584.4*4790.8 /477296.6*1.2= 7. 03 кН/см²

σ ₁ = M ₁ h_w / W ₁ h = 146100*121/7812.8*125 = 18.1 кН/см²

σ_red = √18.1² + 3*7.03² = 21.81 ≤ 1,15 R_y γ_c = 25.08 кН/см²

Условие выполняется.

3.4.2. Проверка устойчивости балок

Проверяем общую устойчивость балки в месте действия максимальных нормальных напряжений, принимая за расчетный пролет расстояние между балками настила:

Проверяем применимость формулы в середине пролета:

1 < h / b_f = 125/33.5= 3,73 < 6 ; b / t_f < 35 = 33.5/2 =16.7 < 35

l ₀ / b_f = 100/33.5= 2,90 < δ[0,41+ 0,032 b_f / t_f + (0,73 – 0,016 b_f / t_f ) b_f / h _о ]√ E / R =

= 0,3[0,41+ 0,032*38/2 + (0,73 – 0,016*35/2)38/123]√ 2,06*10⁴ /24 = 7. 6

где δ = [1-0,7(с₁ – 1)/(с – 1)] = 0,3 , т.к. τ = 0 и с₁ = с при l /2

В месте уменьшенного сечения балки (балка работает упруго и δ = 1)

l ₀ / b_f ₁ = 87,5/20 = 4,37 < δ[0,41+ 0,032 b_f ₁ / t_f + (0,73 – 0,016 b_f ₁ / t_f ) b_f / h _о ]√ E / R =

= 1*[0,41+ 0,032*20/2+ (0,73 – 0,016*20.5/2)*20.5/123]√ 2,06*10⁴ /24 = 32.3

Обе проверки показали, что общая устойчивость балки обеспечена.

Проверка прогиба балки можем не производить, т.к. принятая высота балки больше минимальной.

3.5. Проверка местной устойчивости элементов

главной балки.

Местная устойчивость сжатого пояса балки обеспечивается компоновкой сечения, соблюдением требований ограничивающих отношение ширины сжатого свеса пояса к его толщине и дополнительной проверки не требует. Стенки балок следует укреплять поперечными ребрами жесткости, если значения условной гибкости стенки превышают 3,2:

Поперечные ребра жесткости ставятся на опорах, в местах примыкания поперечных связей балок и при необходимости в промежутках между ними так, чтобы расстояние между ними не превышало 2 h_w = 240 при 2 h_w =242 при 2,5 h_w = 302.5при λ _w < 3,2.

Ребро жесткости следует размещать симметрично относительно середины балки, исходя из удобства изготовления отправочных марок балки.

λ _w = ( h_w / t_w )√ R_y / E = (121/1,2√24/2,06*10⁴ = 3,4 > 3,2 ,

т. е. вертикальные ребра жесткости необходимы. Коме того, необходима постановка ребер жесткости в местах примыкания главной балки и вспомогательной .

Определяем длину зоны использования пластических деформаций в стенке по формуле

а = l √1-( h / c ₁ h_w ) = 1200√1-(125/1,1*121) = 317.4 см

Вспомогательная балка размещается с шагом 2,6 м и она находится в пределах зоны использования пластических деформаций.

Постановку вертикальных ребер жесткости принимаем по рис. 3.4.

Определяем средние значения M и Q на расстоянии x = 320 см от опоры.

M ₂ = [ qx ( l — x )]/2 = [146.1*2(12– 2)]/2 = 1461кН*м = 146100 кН*см

Q ₂ = q ( l /2 – x ) = 146. 1*(12/2 – 2) = 584.4кН

Определяем действующие напряжения:

σ = M ₂ h_w / Wh = 146100*101/10956.2 *125 = 12.9 кН/см²

τ = Q ₂ / h_w t_w = 584.4/121*1,2 = 4,02 кН/см²

Определяем критические напряжения

٦_кр = 10,3(1 + 0,76/μ² )( R _ср /λ²_усл ) = 10,3(1 + 0,76/2,58² )(20.4/4.02² ) =

= 14.6 кН/см²

λ_усл = λ _w = 4.02; μ = а/ h ₀ = 317.4/123 = 2,58

Определяем δ по формуле:

δ = (β b_n / h ₀ )( t_f / t_w )³ = (1*33. 5/123)(2/1,2)³ = 1.15

Определяем σ _кр

σ _кр = с_кр R / λ² _w = 31.5*24/4.02² = 46.7 кН/см²

где c _кр = 31.5 при δ = 1.15

Определяем σ _м.кр по формуле:

σ _м.кр = с₁ R / λ _a ² = 46.6*24/5.7² = 34.4 кН/см²

при а/ h ₀ = 317.4/123 = 2,58 и δ = 1.8 с₁ =46.6;

λ _a = (а/2 t_w )√ R_y / E = (317.4/2*1,2) /2,06*10⁴ = 5.7

Теперь подставляем все значения в формулу :

= ² + (4,02/14,06)² =0,8< γ = 1

Проверка показала, что устойчивость стенки обеспечена и постановка ребер жесткости на расстоянии 320 см возможна.

3.6. Расчет поясных сварных швов

Сварные швы, соединяющие стенку балки с поясами, воспринимают силу сдвига пояса относительно стенки. Т.к. балка работает с учетом пластических деформаций, то швы выполняются двусторонние, автоматической сваркой в лодочку, сварочной проволокой Св-08ГА, для которой R_wf = 200 МПа = 20 кН/см²

Определяем значение сдвигающей силы Т, приходящейся на 1 см погонной длины балки:

T = QS_n /I = 876,6*2521,5/488302,13=4,52 МПа = 0,570 кН / см ²

Значения Q , S_n _, и I принимаются для сечения на опоре

S_n = b₁ t_f h_o /2 = 2,05*2*123/2=2521,5 c м ³

Q = 876,6 кН ; I = 488302 c м ⁴

Определяем толщину шва :

к _f = T /2 β _f R_wf γ_wf γ_c =0,0,45 /2*1,1*20*1*1 = 0,010 см = 0,10 мм

γ_wf =1 — коэфф. условия работы шва

γ_c = 1 — коэфф. условн. раб. конструкции

β _f = 1,1

Принимаем минимально допустимый при толщине пояса t_n = 20 мм шов к _f = 7 мм, что больше получившегося по расчету:

3.7. Расчет опорных ребер

Операние главной балки на колонну выбираем непосредственно через ребро (рис.3.5)

1) По конструктивным соображениям толщина опорного ребра должна быть толще стенки, т.е. t_r > t_w

Примем t_r = 1,7 см

2)Требуемая ширина ребра по условию работы на смятие:

b_r = F / R_p γ_c t_r

где F = Q = 876,6 кН;

R _{см. т} = 350 МПа (расч. сопр. смятию торцевой поверхности ребра)

γ_c = 1

рис. 3.5 b_r = 876,6/35*1*1,6 = 16,35 см

Принятая ширина ребра должна соответствовать сортаменту прокатной стали, учитывать конструктивные требования, а также требования, обеспечивающие местную устойчивость ребра:

b_r /2 t_r ≤ 0,65 _{_y}

16,35/2*1,7 = 4,8 < 5*√2,06*10⁴ /24 = 14,6

Условие выполняется.

Принимаем окончательно b_r = 18 см; A_r = 28,8 c м²

3) Проверяем напряжение смятия:

σ_р = F / b_r t_r ≤ R _см.т γ_c

σ_р = 876,6/18*1,6 = 30,43 кН/см² < 36*1 = 36 кН/см²

4) Проверка опорного участка балки на устойчивость из плоскости балки, как условного стержня. Ширина участка стенки, включенной в работу опорной стойки:

b_c _т = 0,65 t_w √ E / R_y = 0,65*1,2√2,06*10⁴ /24= 22,85 см

5) Находим площадь поперечного сечения условной опорной стойки А_с и определим момент инерции для условно опертой стенки относительно продольной оси z балки:

А_ст = A_r + t_w b_c _т = 50,94 + 1,2*22,85= 77,82 см²

I_z = t_r b_r ³ /12 + t_w ³ b _ст /12 = 1,6*18³ /12 + 1,2^3* 22,85/12 = 780,9см⁴

i_z = √ I_z / А_ст = √780,9/77,82 = 3,7 см

λ = h_w / i_z = 123/3,17 = 38,8

Коэффициент продольного изгиба φ при λ = 38,8 равен φ = 0,901 по табл. 72* СНиПа II -23-81*

Устойчивость стержня:

σ_р = F /φА_ст ≤ R _у γ_c

σ_р = 876,6/780,8*0,901 = 12,04 кН/см² < 24*1 = 24 кН/см²

6) Рассчитываем прикрепление опорного ребра к стенке балки двусторонними швами полуавтоматической сваркой сварочной проволокой Св – 08ГА, для которой R_wf = 200 МПа = 20 кН/см²

а) расчетный катет шва при определении по металлу шва:

к _f = F /β _f R_wf γ_wf γ_c ∑ l_w

β _f = 0,9 (для полуавтоматической сварки по табл. 34 СНиП II -23-81*)

∑ l_w = 2*123= 246 c м (общая длина сварного шва)

к _f = 876,6 /0,9*20*1*1*246= 0,19см = 1,9 мм

Принимаем к _f =6мм

б) расчетный катет шва при определении по металлу границы сплавления:

к _f = F /β _z l_w R_wz γ_wz γ_c ∑ l_w ,

где β _z =1,05 – коэффициент, определяемый по табл. 34 СНиП II -23-81*

R_wz – расчетное сопротивление углового шва срезу по металлу границы сплавления

R_wz = 0,45 R_un = 0,45*370 =166,6 МПа

γ_wz = 1- коэфф. условия работы шва

к _f = F /β _z l_w R_wz γ_wz γ_c ∑ l_w = 876,6/1,05*16,66*1*1*246 = 0,20см = 2,0 мм

Принимаем минимальный катет шва к _f = 5 мм для самой толстой из свариваемых элементов.

3.8. Расчет узлов сопряжения балок.

При пониженном сопряжении в качестве работающих применяем болты нормальной точности (рис. 3.6.)

рис. 3.6.

Стык осуществляем на болтах нормальной точности диаметром d = 16 мм класса прочности 5. 8, имеющих R_bs = 160 Мпа = 16 кН/см² . Отверстия для болтов d = 18 мм.

1) Несущая способность болта по условию работы его на срез:

N _в = R_bs γ_в П d ² /4

N _в = 16*0,9*3,14*1,6² /4 = 28,9 кН

2) Несущая способность болта по условию работы на смятие материала сопрягаемых элементов:

N _в = R_b _р γ_в dt

где R_b _р = (0,6 + 340* R_un / Е) R_un ( по табл. 5* СНиП II -23-81*)

R_b _р = (0,6 + 340*36 / 2,06*10⁴ )36 = 42,9 кН/см² .

N _в = 42,9*0,9*1,6*1,0 = 61,8 кН.

3) Определим требуемое количество болтов:

n = 1,2 Q_max / N _в

n = 1,2 *87,66 /28,9 = 3,6 шт.

Принимаем соединение на 4 болтах d = 16 мм нормальной точности класса прочности 4,8.

3.9. Расчет монтажного стыка балок .

Монтажный стык балки рекомендуется осуществлять стыковыми швами (рис. 3.7.)На монтаже сжатый пояс и стенку соединяют прямым швом встык, а растянутый пояс косым швом под углом 60⁰ , т.к. при монтаже автоматическая сварка и повышенные способы контроля затруднены. Такой стык будет равнопрочен основному сечению балки и может не рассчитываться.

Последовательность выполнения монтажного стыкового шва:

1 – сварка поперечных стыковых швов стенки балки

2 – сварка поясов балки

3 – угловая сварка поясов балки

рис. 3.7.

Раздел IV

4. Расчет колонны

Колонны рабочих площадок работают на центральное сжатие. Высота колонны принимается равной расстоянию от низа главной балки перекрытия до верха фундамента. Расчетная длина колонны определяется в зависимости от конструктивного решения сопряжения ее с вышележащими балками и фундаментом.

l ₀ = μl

где l – геометрическа длина колонны м/у точками закрепления

μ – коэфф. расчетной длины, принимаемый μ = 0,7 (для защемленной опоры колонны)

l = H – h _пер = 5-0,1-1,25-0,023= 3,7 м

l ₀ = l μ; μ = 0,7;

тогда l _о = 0,7*3,7 = 2,6 м ;

Нагрузкой, действующей на колонну, являются опорные реакции балок и собственный вес колонны:

N = 2 Q

Q – опорная реакция главной балки

N = 2*876,6 = 1753,2 кН

4. 2. Расчет стержня сплошной колонны .

1) Предварительно задается гибкость стержня и соответствующий ей коэффициент продольного изгиба φ принимается по (табл. 72 СНиПа II -23-81*) Гибкость следует задавать в пределах λ = 100-70 для данной нагрузки.

1)Примем λ=70 φ =0,754.

2) Определим требуемую площадь сечения стержня колонны:

A _тр = N / φR_y γ_c = 1753,2/0,754*23*1 = 101,3см²

3)Вычисляем радиус инерции

i _х ^тр = l ₀ /λ = 260/70 = 3,7 см b _тр = i _тр /К₂ =16,6

где l ₀ = l = 2,6 м = 260 см

По сортаменту ГОСТ 8240-97 принимаем швеллер № 26К3 с характеристиками сечений:

A _в = 105,9см² ; h = 262 см; I_x = 11,32см⁴ ; I_y = 6,55см⁴ ; i _х = 11,32 см; i_y = 6,55 см; t _w =10; h_f =15. 5.

4)Проверяем напряжение по подобранному сечению:

Q=N(φA)<R_yyc

λ _x =l₀ /i_x =260/11.32=22.9

λ _y = l ₀ / τ _y =260/6.55=39.6

По максимальной гибкости находим λ=39,6 φ =0,895

Q =1753.2/0.895*105.9=18.5кН/см² <23кН/см²

Устойчивость сечения обеспечена.

5) Проверяем местную устойчивость:

λ¹ =λ = √ R_y / E =39,06√23/2,06*10⁴ =1,18

h_w / t_w <2.3√ R_y / E

64/1<2.3√2.06*10⁴ /23=68.83

следовательно постановки поперечных ребер не нужно.

6)Для обеспечения местной устойчивости полки отношение свеса полки к толщине не должно превышать значений.

b_f / t_f <(0.36+0.1 λ¹ ) √ E / R_Y =126/15,5=8,1<(0.36+0.1*1.18) √2.06*10⁴ /23=14.29

где b _bf =( b_f — t_f )/2=(26.2-1)/2=12.6см

Устойчивость полки выполняется.

7)Проверяем местную устойчивость:

λ¹ =λ = √ R_y / E =39,06√23/2,06*10⁴ =1,18

h_w / t_w =(0,36+0,8 λ¹² ) E / R_y <2.3√ E / R_y

26.9/1=26.9<(0.36+0.8+1.18² ) √2.06*10⁴ /23<2.3√2.06*10⁴ /23=26.9<76.3<68.7

Следовательно постановка поперечных ребер необходима.

Для укрепления контура сечения и стенки колонны ставим 2 поперечных ребра на расстоянии 2,5м друг от друга.

Ширина высотной части равна b _h = h_w /30+40=269/30+40=50мм

Толщина ребра равна 2b _h √ E / R_y =2*23/50√2.06*10⁴ =3мм

Определяем расход металла на одну колонну

M =83.1*3.7+3*0.05*0.269+3*7.85=331.06кг

4.3. Расчет базы колонны

Так как в расчетной схеме принято жесткое сопряжение колонны и фундамента, анкеры прикрепляются к стержню колонны через выносные консоли и затягиваются с напряжением, близким к расчетному сопротивлению, что устраняет возможность поворота колонны.

1) Расчетное сопротивление материала фундамента осевому сжатию:

R _ф = R_b γ = 4,5*1,2 = 5,4 МПа

R_b = 4,5 для бетона марки В 7,5;

2) Назначим ширину опорной плиты:

B = b + 2 t_T + 2С

где b =26,0 мм – ширина колонны

С < √5,33 R_y / R _ф (свес плиты)

С <√5,33*23/5,4 = 4,76 см

t_T — толщ. траверсы, принятая предварительно t_T = 8 мм

В = 26+2*8+2*4=50 см

3) Длина опорной плиты:

L = N / R _ф В = 1753,2/0,54*50 = 64,9 см

Принимаем плиту 500*650 мм

4) Реактивное давление фундамента:

q = N / BL = 1753,2/500*65 = 0,53 кН/см² ≤ R _ф =0,72 кН/см²

5) Констр. базу колонны с траверс. толщ. 8 мм, привариваем их к полкам колонны и к плите угловыми швами. Вычислим изгибающий момент на разных участках для предельной толщины плиты:

Участок 1, опертых на 4 канта

Отношение сторон b / a =262/260=1,076 ; а=0,053

Максим. изгиб. момент для каждого участка:

М = α qd ²

М₁ = 0,48*0,053*26² = 4,07 кН*см

Участок 2, консольный

М₂ = 0,5*0,48*4² = 3,84 кН*см

М_мах = М₁ = 17,46 кН*см

6) Требуемая толщина плиты:

t ^тр _пл = √6М_мах / R_y γ_c = √6*17,46/23*1 = 2,13 см . Принимаем толщину плиты 25 мм

7) g _Т = qB /2 = 0,53*50/2 = 13,25 кН

Изгибающий момент в траверсе :

М_Т = g _Т d_T ² /2 = 13,25*65² /2 = 27990 кН*см

8) Прикрепление траверсы к колонне выполняется полуавтоматической сваркой в углекислом газе сварной проволокой Св08Г2С.

Толщину траверс принимаем t _тр =8 мм

Прикрепление рассчитываем по металлу шва, принимая катет угловых швов к_ш =8 мм.

R_wf =215 МПа=21.5 кН/см2

β_f = 0,7; R_wz = 0.45*370=166,5МПа = 16,65 кН/см²

h_T = ( N /4 β_f k_f R_wf γ_wf γ_c ) + 1 см ≤ 85 β_f k_f

h_T = 17,53,2/4*0,7*0,8*23,5*1*1 + 1см = 34,3см < 85*0,7*0,8 = 47,6 см

9) Прочность траверсы:

σ = 6 М_Т / t_T h_T ³ ≤ R_y γ_c = 6*27990/0,8*34,3³ = 5,2<23

10) Толщина швов, прикрепляющих траверсу к плите:

k_f = N _Т / β_f l_w R_wf γ_wf γ_c = 861,25/0,7*23,5*1*1*17,2= 0,3 см=3мм

N _Т = g _Т L = 13,25*65 = 861,25 кН

l_w = N /(4* β_f k_f R_wz ) =1753,2/(4*0. 7*0.8*16.65)=17,2 см

k_f = N _Т / β_wz R_wz γ_zf γ_c =861,25/1*172*16.65*1*1=0.55 см

Принимаем минимальную толщину швов по (табл. 38 СНиПа II -23-81*)

k_f = 5 мм

В соответствии с табл. 38 СНиП при толщине плиты 25 мм минимальный катет шва равен k_f _min = 5 мм.

4.4. Расчет оголовков колонн .

1) По конструктивным соображениям назначаем размеры опорной плиты 340х340х40 мм

2) Т.к. верхний конец колонны фрезерован , то толщину сварных швов, прикрепляющих плиту у стержню, принимаем конструктивно по (табл. 38 СНиПа II -23-81*) k_f = 8 мм

рис .4.2.

Ширину ребра b_r ′ принимаем не менее половины ширины торцевого опорного ребра балки b_r = 18 см.

b_r ′ = 10 см

3) Толщина ребра оголовка колонны по условию работы на смятие:

t_p = N /( b_r + 2 t _оп.пл. ) R_p γ_c

R_p = 351Мпа (для С235 по СНиП II -23-81*)

t_p = 1753,2/(18 + 2*4)33,6*1,1 = 2см

Принимаем t_p = 20 мм

4) Приварку вертикального ребра к стенке колонны принимаем полуавтоматичекой, сварной проволокой Св-08ГА

Длина ребра по условию прикрепления его к стержню колонны:

l_r = N /4 β_f k_f R_wf γ_wf γ_c ≤ 85 β_f k_f

R_wf = 0,55 R_wun / γ_wf = 0. 55*450/1,25 = 19,8 МПа

R_wun = 450 M Па (для проволоки Св-08ГА по табл.4* СНиП II -23-81*)

γ_wf = 1,25 при R_wun < 490 Мпа.

k_f = 6 мм

β_f = 0,9

l_r =1976/4*0,9*0,6*19,8*1*1 = 46,2 см > 85*0,9*0,6 = 45,9 см

Условие выполняется.

Принимаем длину вертикальных ребер 410 мм.

6) Принятое сечение проверим на срез:

τ = N /2 t_r l_r ≤ R_s γ_с

R_s = 0,58 R_yn / γ_m = 0,58*235/1,025 = 133 МПа = 13,3 кН/см²

τ = 1753,2/2*2,0*40 = 10,9 < 13,3*1

7) Размеры горизонтальных ребер оголовка принимаем конструктивно 110х260х20

8) Приварку горизонтальных ребер к стенке колонны принимаем полуавтоматичекой, сварной проволокой Св-08ГА

k_f = N / β_f l_w R_wf γ_wf γ_c = 1753,2/0,9*(2*260)*19,8*1*1 = 0,19 см

Принимаем минимальное значение k_f = 6 мм для данной толщины ребра (20 мм)

Раздел V

5. Расчет связей

5.1.Расчет портальной связи

N₁ = T/cosα=71,4/cos30⁰ =88.64кН

T = 3Q_fic =3*23,8=71,4

Q_fic = 7,15*10^-6 (2330 – E / R_y )( N / φ )

N – нагрузка на колонну

рис. 4.3.

Задаемся гибкостью λ₁ = 70 => φ = 0,754

Q_fic = 7,15*10^-6 (2330 – 2,06*10⁴ /23)(1753,2/0,754) = 23,8 кН

Находим требуемую площадь сечения:

А_тр = N ₁ / R_y φγ_c = 82,11/23*0,754*1 = 4,73 c м²

По сортаменту подбираем уголок с площадью поперечного сечения:

А_уг = А_тр /2 = 2,36 см²

Принимаем уголок 35х35х4 по ГОСТ 8509-93 A = 2,67 см²

По реальному радиусу инерции определяем гибкость:

λ ₂ = l/i_y , где l = h_k sin45^o /sin105^o = 37*sin45^o /sin105^o = 27,1

λ₂ = 27,1/0,69= 39,2

Реальная гибкость λ₃ = ( λ₁ + λ₂ )/2 = (70 + 39,2)/2 = 54,6 =>φ = 0,795

А_тр = N ₁ / R_y φγ_c = 82,11/23*0,795*1 = 4,5 см²

Проверка устойчивости:

N ₁ / φA ≤ R_y γ_c

82,11/0,795*4,5 = 23 = 23 кН/см²

Условие выполняется. Принимаем связи, скомпанованные из 2-х уголков 35х35х4 по ГОСТ 8509-93.

5.2. Расчет крестовой связи

А_тр = N ₁ / R_y γ_c

N ₁ = T / cosα =

α = 45^о — 35^о

Подберем по сортаменту уголок

N ₁ = 71,8/со s 35 ^o = 88,64 кН

А_тр = 88,64/23*1 = 3,85 см²

А_уг = А_тр /2 = 2 см²

рис 4.4

Принимаем уголок 30х30х4 по ГОСТ 8509-93 А = 2,27 см² .

Прочность проверяем по формуле:

σ = N ₁ /А_уг ≤ R_y γ_c

σ = 88064/2,27*2 = 19,5 кН/см² < 23кН/см²

Условие выполняется. Принимаем связи, скомпанованные из 2-х уголков 30х30х4 по ГОСТ 8509-93.

Список использованной литературы

1) СНиП II -23-81* Стальные конструкции

2) Беленя Е.И. Металлические конструкции

3) Методическое пособие к курсовой работе №1 авт. Храмова М.В., Криворучко С.В.

4) ГОСТ 27772-88 Прокат для строительных стальных конструкций

5) ГОСТ 26020-83 Двутавры стальные горячекатаные с параллельными гранями полок

6) ГОСТ 8240-97 Швеллеры стальные горячекатаные

7) ГОСТ 8509-93 Сталь угловая равнополочная

Расчет на прочность цилиндрической обечайки от внутреннего давления

Подробности: Обновлено: 21.05.2018 11:30; Опубликовано: 28.03.2016 16:15

Калькулятор онлайн рассчитывает допускаемое внутреннее избыточное давление и коэффициент запаса по давлению для цилиндрической обечайки согласно ГОСТ-52857. 2-2007 [1].

Помощь на развитие проекта premierdevelopment.ru

Send mail и мы будем знать, что движемся в правильном направлении.

Спасибо, что не прошели мимо!

I. Порядок действий при расчете на прочность цилиндрической обечайки онлайн калькулятором:

Для проведения расчета требуется ввести расчетное давление p, расчетную температуру T, внутренний диаметр D, прибавкку к толщине стенки для компенсации коррозии на расчетный срок службы c₁ и коэффициент прочности продольного сварного шва, который как правило равен единице. Также необходимо выбрать марку материала, из которого изготовлена обечайка.
По введенным данным программа автоматически вычисляет допускаемые напряжения для материала обечайки при расчетной температуре, или можно ввести свое значение. выбрав соответствующую опцию.
В результате расчета программа в режиме онлайн определяет допускаемое внутреннее давление и определяет коэффициент запаса по допускаемым напряжениям, а также проверяет условия применимости формул.
На рисунке справа приведены необходимые размеры.

II. Примечание:

Использование данного онлайн калькулятора позволяет рассчитать на статическую прочность цилиндрическую обечайку под действием внутреннего давления и определить коэффициент запаса по известным величинам расчетного давления, расчетной температуры, внутреннего диаметра и марки материала.
Блок исходных данных выделен желтым цветом, блок промежуточных вычислений выделен голубым цветом, блок решения выделен зеленым цветом.
Допускаемые напряжения определены согласно ГОСТ-52857.1-2007.

Калькулятор стыкового шва при осевой и поперечной нагрузке

Калькулятор стыкового шва при осевой и поперечной нагрузке

Введите значение и нажмите «Рассчитать». Результат будет отображен.

Техника сварки, используемая для соединения двух труб, в которой квадрат подготовленные концы стыкуются вместе при подготовке к сварке.Полученный кольцевой сварной шов имеет относительно хорошие прочностные характеристики, но имеет ограничения, когда трубка должна быть пластичной. деформированы или изогнуты, например, на колонне гибких НКТ.

Этот калькулятор используется для расчета результирующих напряжений, действующих в сварном шве.

Стыковые сварные швы, выполненные на колонне гибких труб, следует тщательно проверять с помощью твердости и радиографических исследований. методы тестирования и их расположение подробно описано в строковой записи.Ожидаемая усталостная долговечность стыкового шва площадь также должна быть уменьшена, чтобы компенсировать слабость сварного шва.

Напряжение — это мера средней силы, прилагаемой на единицу площади. Это мера интенсивности полных внутренних сил, действующих внутри тела через воображаемые внутренние поверхности, как реакция на внешние приложенные силы и массовые силы.

Напряжение сдвига — это напряженное состояние, при котором напряжение является параллельным или касательным к поверхности материала, в отличие от обычного стресса, когда напряжение перпендикулярно лицу.

Величина компонента нормального напряжения любого вектора напряжения, действующего на произвольную плоскость с вектором нормали. в данной точке в терминах компонента тензора напряжений является скалярным произведением вектора напряжений и вектора нормали.

Пример расчета прочности углового шва для сварного соединения, подверженного изгибу

Основная методика и необходимые уравнения для расчета размеров углового сварного шва обсуждались в предыдущей статье.Будет здорово, если вы прочтете статью, прежде чем пытаться понять приведенный здесь пример расчета конструкции сварного соединения.

Теперь давайте посмотрим, как уравнения расчета сварного шва, рассмотренные в предыдущей статье, применяются здесь, чтобы определить требуемый размер сварного шва:

Пример расчета прочности сварного шва при изгибе

F = приложенная нагрузка = 20000 Н

D = Диаметр трубы = 200 мм

X = Расстояние = 100 мм

Удельная длина горловины (Au) сварного соединения рассчитывается по формуле ур.1 как показано ниже:

Au = 3,14 * D = 3,14 * 200 = 628 кв.мм

Расчетная прочность (Pw) рассчитывается из ур.2 как: Pw = 0,5 * fu = 0,5 * 430 = 215 Н / кв. Мм

Где,

fu — предел прочности при растяжении основного материала.

Предполагая, что в качестве основного материала используется S275 , который имеет значение предельного напряжения (fu) 430 Н / кв. мм.

Момент инерции единицы площади (Iu) для круглого сварного участка вокруг трубы можно рассчитать как Iu = 3,14 * (D / 2) * (D / 2) * (D / 2) = 3,14 * 200 * 200 * 200/8 = 3140000 мм ³

Где,

3,14 — значение PI.

Прямое напряжение сдвига ( τs) для углового сварного соединения рассчитывается по формуле ур.3 как: τs = F / Au = 20000/628 = 31,87 Н / кв.мм

Напряжение сдвига из-за изгиба (τb) рассчитывается из ур.4 как:

τb = M * Y / Iu = F * X * 0,5 * D / Iu = 20000 * 100 * 0,5 * 200/3140000 = 63,69 Н / кв.мм

Где,

M — изгибающий момент для приложенной силы

Y — это расстояние между осью X-X и крайним волокном сварного поперечного сечения, это радиус для круглого поперечного сечения.

Результирующее напряжение (τ) может быть определено после расчета анализа напряжения сварного шва с помощью уравнение 5 как:

τ = √ (τs * τs + τb * τb) = (31,78 * 31,78 + 63,69 * 63,69) = 71,17 Н / кв.мм или МПа

Размер сварного шва (t) должен быть рассчитан с использованием ур.6 , например:

t = τ / Pw = 71,17 / 215 = 0,331 мм

Длина сварного шва (L) должна быть определена с помощью экв.7 как:

L = 1,414 * t = 1,414 * 0,331 = 0,468 мм

Итак, из примера расчета размера углового сварного шва мы обнаружили, что минимальная длина сварного шва, необходимая для выдерживания сварочного усилия, должна составлять 0,468 мм, мы возьмем 3 мм в качестве размера сварного шва для этого примера задачи.

Привет, я Шибашис, блоггер по страсти и инженер по профессии. Я написал большинство статей для mechGuru.com.Более десяти лет я тесно связан с технологиями инженерного проектирования и моделирования производства.
Заявление об отказе от ответственности: Я работаю на Альтаир. mechGuru.com — мой личный блог. Хотя я пытался выразить свое нейтральное мнение, когда писал о различных технологиях конкурентов, все же я хотел бы, чтобы вы читали статьи, имея в виду мой опыт.

Последние сообщения Shibashis Ghosh (посмотреть все)

Связанные

Bhler Welding-Calc

Ваш практичный инструмент для расчета расхода присадочного металла для ваших сварочных процессов

Мы разрабатываем для вас инновационные продукты и эффективные приложения.Наш калькулятор сварки Böhler предоставляет программа, с помощью которой можно легко определить, сколько присадочного металла требуется для ваших процессов. Он также предоставляет полную документацию по расчетам, включая все использованные параметры сварки.

Наша команда будет рада ответить на любые ваши вопросы по заявкам и ценам.

Исключение из условий ответственности и политики защиты данных

Содержание онлайн-сервиса
Böhler Welding как торговая марка voestalpine Böhler Welding GmbH — далее Böhler Welding — не несет никакой ответственности за текущий характер, правильность, полнота или качество предоставленной информации.Претензии к Böhler Welding, основанные на материальном или нематериальном ущербе, вызванном использованием или неиспользованием предоставленной информации и / или использованием неверной или неполной информации, исключаются при отсутствии умышленных или грубых небрежных действий со стороны Böhler Welding можно доказать. Все предложения могут быть изменены и необязательны. Компания Böhler Welding прямо оставляет за собой право изменять, расширять, удалять, а также временно или окончательно прекращать публикацию частей или всего предложения без предварительного уведомления.

Защита данных

Защита безопасности и конфиденциальности ваших личных данных очень важна для voestalpine Böhler Welding Group GmbH, Peter-Müller-Straße 14-14a, D-40468 Düsseldorf (далее «мы» и «нас») и ее дочерних компаний (вместе «voestalpine» Böhler Welding »). voestalpine Böhler Welding соблюдает применимые правовые нормы по защите, надлежащему обращению и конфиденциальности личных данных, особенно Закон Австрии о защите данных (DSG), Общий регламент ЕС о защите данных (GDPR) и Австрийский закон о телекоммуникациях (TKG).

Эта политика защиты данных объясняет характер, объем и цель сбора и использования нами ваших личных данных, когда вы посещаете и используете наш веб-сайт www.voestalpine.com/welding (корпоративный веб-сайт).

Существует также отдельная общая политика защиты данных для деловых партнеров voestalpine Böhler Welding.

Персональные данные

Персональные данные — это любая информация, относящаяся к субъекту данных (физическому лицу), которое может быть идентифицировано прямо или косвенно (например,грамм. имя, адрес электронной почты или IP-адрес).

Контакт

Когда вы свяжетесь с нами по электронной почте, телефону или факсу, мы обработаем предоставленные вами личные данные (адрес электронной почты, имя, номер телефона, номер факса, ваш запрос, связанные документы) с целью обработки вашего запроса.

Файлы cookie

Наш веб-сайт использует файлы cookie, которые позволяют веб-сайту распознавать ваш браузер при повторном посещении веб-сайта. Файлы cookie — это небольшие текстовые файлы, которые браузер сохраняет на вашем устройстве.Это позволяет оптимально адаптировать сайт к вашим интересам. Если вы не хотите, чтобы файлы cookie сохранялись на вашем компьютере, вы можете настроить свой браузер так, чтобы он информировал вас о том, когда файлы cookie установлены, чтобы вы могли решать, разрешать ли их использование в каждом конкретном случае. Вы также можете отключить использование файлов cookie в своем браузере. Обратите внимание, что в этом случае вы не сможете использовать все функции сайта в полном объеме.

Google Analytics

Этот сайт использует Google Analytics, Google Inc.(Google) служба веб-аналитики. Google Analytics использует файлы cookie, которые представляют собой текстовые файлы, хранящиеся на вашем компьютере, чтобы иметь возможность анализировать использование вами веб-сайта. Информация об использовании вами этого веб-сайта, генерируемая файлом cookie, обычно передается на сервер Google в США и хранится там. Мы используем Google Analytics только с активированной анонимностью IP-адреса. Это означает, что в государствах-членах Европейского Союза или в других государствах-участниках соглашения в Европейской экономической зоне Google обрезает ваш IP-адрес перед его передачей.Только в исключительных случаях полный IP-адрес будет передан на сервер Google в США и там усечен. От имени оператора веб-сайта Google будет использовать эту информацию для оценки использования вашего веб-сайта и составления отчетов об активности веб-сайта, а также для предоставления оператору веб-сайта других услуг, связанных с использованием веб-сайта и Интернета. IP-адрес, передаваемый вашим браузером во время Google Analytics, не будет объединен с другими данными Google. Вы можете отказаться от использования файлов cookie, выбрав соответствующие настройки в своем браузере, но учтите, что в этом случае вы не сможете использовать все функции веб-сайта в полной мере.Вы также можете запретить Google собирать и обрабатывать данные, сгенерированные файлом cookie, на основе использования вашего веб-сайта (включая ваш IP-адрес), загрузив и установив надстройку браузера, доступную по следующей ссылке http://tools.google.com/ dlpage / gaoptout? hl = en). Дополнительную информацию об условиях обслуживания и защите данных см. На страницах http://www.google.com/analytics/terms/us.html и https://support.google.com/analytics/answer/6004245?hl=us. .

Правовая основа, сроки хранения

Обработка данных осуществляется на основании статьи 6 (1) (a) (согласие) и / или (f) (законный интерес) GDPR.

Обрабатываемые персональные данные используются для статистического анализа, а также для работы, защиты и оптимизации веб-сайта (законный интерес). Любое другое использование ваших личных данных (например, отправка информационных бюллетеней) происходит только с вашего согласия.

Если прямо не указано иное во время сбора ваших личных данных (например, в заявлении о согласии), ваши личные данные будут удалены (или анонимизированы), если сохранение личных данных больше не требуется для достижения целей которые они были собраны, и если никакие установленные законом обязательства по хранению (например, налоговое или коммерческое право) не требуют от нас дальнейшего хранения данных.

Передача и раскрытие персональных данных

Без вашего согласия мы не будем передавать ваши персональные данные, собранные на основе использования вашего веб-сайта, третьим лицам, если это не требуется для выполнения наших обязанностей или требуется по закону / властям.

voestalpine Böhler Welding привлекает обработчиков (поставщиков услуг) для обработки персональных данных (например, в рамках контракта на ИТ-поддержку). Эти обработчики по контракту обязаны соблюдать применимые правила защиты данных.

Плагины социальных сетей

Этот сайт использует плагины / функции социальных сетей Facebook, Twitter и Google+. По умолчанию они отключены из соображений защиты данных. Вы должны явно активировать их, чтобы использовать их. Перед их активацией обратите внимание на следующую информацию об отдельных провайдерах:

Facebook

Этот сайт использует социальные плагины из социальной сети facebook.com, которым управляет Facebook Inc., 1601 South California Avenue, Palo Alto, CA 94304, США. После активации плагина между вашим браузером и сервером Facebook устанавливается прямое соединение. Facebook получает информацию о том, что вы (и ваш IP-адрес) посетили наш веб-сайт. Если вы нажмете кнопку «Нравится» в Facebook, когда вы вошли в нашу учетную запись Facebook, вы можете связать содержимое нашего сайта прямо со своим профилем Facebook. Это позволяет Facebook связать посещение нашего сайта с вашей учетной записью.Обратите внимание, что мы, как провайдер сайта, не получаем никакой информации о содержании переданных данных или их использовании Facebook. Дополнительную информацию см. В политике данных Facebook по адресу http://facebook.com/policy.php. Если вы не хотите, чтобы Facebook ассоциировал ваш визит на наш сайт с вашей учетной записью Facebook, выйдите из своей учетной записи Facebook.

Твиттер

На нашем веб-сайте есть функции Twitter. Эти функции предлагаются Twitter Inc., Twitter, Inc. 1355 Market St, Suite 900, San Francisco, CA 94103, США. Когда вы используете Twitter и функцию ретвита, веб-сайты, которые вы посещаете, будут связаны с вашей учетной записью Twitter и станут известны другим пользователям. Данные также передаются в Twitter. Обратите внимание, что мы, как провайдер сайта, не получаем никакой информации о содержании переданных данных или их использовании Twitter. Для получения дополнительной информации см. Политику конфиденциальности Twitter по адресу http://twitter.com/policy. Вы можете изменить настройки конфиденциальности Twitter в настройках своей учетной записи.

Google+

Кнопка Google +1 позволяет публиковать информацию по всему миру. Кнопка Google +1 предоставляет вам и другим пользователям персонализированный контент от Google и наших партнеров. Google хранит как информацию, которую вы предоставили в качестве контента +1, так и информацию о странице, которую вы просматривали, когда нажимали +1. Ваши +1 вместе с вашим именем профиля и фотографией могут отображаться в сервисах Google, например, в результатах поиска, в вашем профиле Google или где-либо еще на веб-сайтах и в рекламе.

Google записывает информацию о ваших действиях +1, чтобы улучшить сервисы Google для вас и других. Чтобы использовать кнопку Google +1, вам нужен глобально видимый общедоступный профиль Google, который должен содержать как минимум выбранное имя профиля. Это имя используется во всех сервисах Google. В некоторых случаях это имя может также заменить другое имя, которое вы использовали при публикации контента через свою учетную запись Google. Личность вашего профиля Google могут видеть пользователи, которые знают ваш адрес электронной почты или имеют другую идентифицирующую информацию о вас.Помимо целей, описанных выше, предоставленная вами информация будет использоваться в соответствии с применимой политикой конфиденциальности Google. Google может публиковать агрегированные статистические данные об активности пользователей +1 или делиться ими с пользователями и партнерами, такими как издатели, рекламодатели или аффилированные веб-сайты.

Ваши права, контактные данные

Как правило, у вас есть право доступа, право на исправление, удаление, ограничение обработки, переносимость данных и право на возражение.Если обработка ваших личных данных основана на вашем согласии, вы имеете право отозвать свое согласие в любое время. Отзыв согласия не влияет на законность обработки на основании согласия до его отзыва. Наконец, вы имеете право подать жалобу в надзорный орган.

По всем вопросам, связанным с конфиденциальностью данных и заявлением о правах, перечисленных выше, обращайтесь в организацию по защите данных voestalpine Böhler Welding по адресу Datenschutz_BWG @ voestalpine.com.

Эта политика защиты данных будет время от времени пересматриваться.

сварных швов (EN) | IDEA StatiCa

Угловые швы проверяются в соответствии с EN 1993-1-8. Прочность стыковых швов считается такой же, как у основного металла, и не проверяется.

Угловые швы

Расчетное сопротивление

Перераспределение пластичности в сварных швах используется для автоматического предотвращения сингулярностей напряжений в элементах сварных швов и дальнейшего распределения напряжения по длине сварного шва.2 \ right)} \]

\ [\ sigma_ {w, Rd} = \ frac {f_u} {\ beta_w \ gamma_ {M2}} \]

Использование сварного шва

\ [U_t = \ min \ left \ {\ frac {\ sigma _ {{w, Ed}}} {\ sigma_ {w, Rd}}, \ frac {\ sigma _ {\ perp}} {0. 9 f_u / {\ gamma_ {M2}}} \ right \} \]

где:

σ _{w, Ed} — эквивалентное напряжение в сварном шве
σ _{w, Rd} — сопротивление сварке
β _w — коэффициент корреляции (EN 1993-1-8 — Таблица 4.1)
f _u — предел прочности, выбранный как нижний из двух соединенных основных материалов или в соответствии с материалом, выбранным пользователем
γ _M2 — коэффициент безопасности (EN 1993-1-8 — таблица 2.1; редактируется в настройке кода)
σ _┴, τ _┴, τ _‖ — напряжения в сварном шве согласно рисунку ниже:

Все значения, необходимые для проверки, напечатаны в таблицах.Ut — использование наиболее напряженного элемента. Поскольку используется пластическое перераспределение напряжений в сварном шве, это решающее применение. Utc предоставляет информацию об использовании по длине сварного шва. Это отношение фактического напряжения на всех элементах сварного шва к расчетному сопротивлению напряжению по всей длине сварного шва.

Эквивалентное напряжение на диаграмме сварного шва показывает следующее напряжение:

\ [\ sigma = \ max \ left \ {\ frac {\ sigma _ {\ perp}} {0.2} \ right \} \]

Стыковые швы

Сварные швы можно указать как стыковые. Для стыковых швов учитывается полный провар, поэтому такие сварные швы не проверяются.

Калькулятор трубок — Rogue Fabrication

6063-T52 AL: Это алюминий (AL). 6063 — обозначение сплава, а 6000 — серия алюминиевых сплавов, содержащих кремний и магний, для целей термообработки. T означает термическую обработку, которая предназначена для улучшения его физических свойств.52 — это тип термической обработки, в данном случае снятие напряжения сжатия после термообработки на твердый раствор. Этот малопрочный алюминий очень хорошо гнется.

6061-T6 AL: Это алюминий (AL). 6061 — обозначение сплава, а 6000 — серия алюминиевых сплавов, содержащих кремний и магний, для целей термообработки. T означает термическую обработку, которая предназначена для улучшения его физических свойств. 6 — это тип термической обработки, в данном случае термообработка раствора, а затем искусственное старение.Этот распространенный алюминий средней прочности можно сваривать и гнуть, хотя и не так легко, как 6063.

7075-T6 AL: это алюминий (AL). 7075 — это обозначение сплава, а серия 7000 — это серия алюминиевых сплавов, содержащих цинк и небольшое количество магния (оба для прочности). T означает термическую обработку, которая предназначена для улучшения его физических свойств. 6 — это тип термической обработки, в данном случае термообработка раствора, а затем искусственное старение. Это один из самых прочных алюминиевых сплавов, который плохо поддается сварке и очень трудно гнуть.

ASTM A53 Pipe: См. Наше обсуждение на технической странице по гибочным трубам — «Труба против трубы». Эта сталь средней / низкой прочности производится в соответствии с требованиями, установленными Американским обществом испытаний и материалов (ASTM), документ A53. Материал — стальной сплав, с широким диапазоном вариантов состава. Материал может включать несколько легирующих элементов (например, до 0,4% хрома и 0,15% молибдена, но всего 0,0% обоих). Легко гнется и сваривается.

HREW 1015: Горячекатаная электросварная труба, легированная сталь 1015.Эта труба формируется посредством роликов из плоских полос в круглые трубы и сваривается в цельную деталь. Снаружи гладкая, а внутри может быть небольшой отблеск. Виден шов, обычно это сине-серая полоса. Стали серии 1000 известны как простые углеродистые стали, и максимальное содержание марганца ограничено 1%. Последние две цифры представляют собой номинальное содержание углерода в сотых долях процента. 1015 содержит 0,15% углерода и 0,45% марганца. Он хорошо сваривается и легко формуется / гнется.

DOM 1020: эта труба формируется посредством роликов из плоских полос в круглые трубы и сваривается в цельную деталь, а затем протягивается через оправку (DOM) для сжатия материала и доводки его до точного размера и геометрии.Внутри и снаружи гладкие, швов не видно. Сплав тот же, что и 1015, указанный выше, но с 0,20% углерода по весу, что способствует более высокой общей прочности при немного более низкой пластичности.

4130 N: Эта сталь относится к классу цементируемых стальных сплавов. Этот металл, широко известный как «ChroMo» или «ChroMoly», для прочности легирован хромом и молибденом. Как и в сталях, указанных выше, последние две цифры обозначают содержание углерода, номинальное 0,3%. 4130 славится своим высоким пределом прочности и ударной вязкости, а также приемлемо сгибается и сваривается.TIG является предпочтительным процессом сварки для этого сплава. После сварки его необходимо подвергнуть термообработке, чтобы вернуть характеристики, указанные здесь. Его также можно подвергать термообработке и отпуску / закалке для увеличения предела текучести более 100 Ksi (1).

SS 316: Эта нержавеющая сталь с высокой коррозионной стойкостью была помещена на эту страницу для сравнения. Соотношение цена / прочность не очень хорошее. Обычно его делают в виде круглой трубы.

Ti 3AL-2.5V CWSR: это холоднодеформированный титан со снятым напряжением (CWSR Ti).Он содержит 3,0% алюминия и 2,5% ванадия по весу. Этот титан представляет собой альфа-бета сплав, принадлежащий к классу сплавов, которые нелегко сваривать, поскольку они уже прошли обработку для повышения твердости. TIG практически необходим для сварки этого материала. Его очень сложно обрабатывать, и его использование в формованных гибах ограничено. Выпускается в виде круглой трубы.

HREW может быть изготовлен из МНОГИХ различных сталей и обычно имеет предел текучести до 40 000 фунтов на квадратный дюйм. Уточняйте точные значения у поставщика трубок.

Эта информация носит справочный характер. Если вы не хотите, чтобы вас ранили или убили, оставайтесь дома и не управляйте никакими транспортными средствами. Никакой каркас безопасности не спасет вашу жизнь в любых ситуациях. Этот калькулятор предназначен для помощи в процессе проектирования, который должен выполняться обученным профессионалом. Любая информация, предоставленная Rogue Fabrication, LLC, не является приемлемой заменой профессионального анализа, обещания или сертификации характеристик любого материала или конструкции.Используя эту форму, вы освобождаете Rogue Fabrication, LLC от любой ответственности за ущерб людям и имуществу в результате использования и / или неправильного использования любой предоставленной или полученной информации.

Источники

(1): Справочник по машинам, промышленные прессы. 28-е издание, 2008 г.

(2): Matweb, www.matweb.com. Дата обращения 08.11.2012.

(3): Online Metals, www.onlinemetals.com. Дата обращения 08.11.2012.

(4): Металлургический склад

(5): Team Tube, LLC.Портланд, штат Орегон. Данные поставщика, дата 24. 11.2012.

(6): Titanium Joe, www.titaniumjoe.com. Дата обращения 08.11.2012.

(7): ASTM A53 1999, полный текст, ASTM.

Фактор стоимости основан на 1,75 x 120 на фут, за исключением Ti, равного 1,625 x 070, нержавеющей стали 316, равного 1,5 x 120, и 6063, равного 2,00 x 125.

Lug Analysis | MechaniCalc

ПРИМЕЧАНИЕ. Эта страница использует JavaScript для форматирования уравнений для правильного отображения. Пожалуйста, включите JavaScript.

Проушина, также известная как подъемная проушина или проушина, по сути, представляет собой пластину с отверстием в ней, размер которого соответствует размеру шпильки. Проушины используются в сочетании со шпильками для передачи нагрузки между различными механическими компонентами. Общие области применения, в которых используются проушины, включают:

защитные спинки с проушинами, приподнятые скобами и прочим такелажем
соединения между приводами и другой конструкцией (например, цапфа, вилка)
дверные петли

Преимущества проушин перед другими типами соединений, которые используются для передачи нагрузки, включают:

возможно вращение между компонентами
быстрая и простая установка

Содержание

Обзор анализа проушин

Анализ выступа обманчиво сложен, поскольку существует несколько одновременных взаимодействующих видов отказа. Эти виды отказов связаны с различными областями выступа, как показано на рисунке ниже (Примечание: рисунок не в масштабе):

Типы отказа для проушины перечислены ниже. Цифры соответствуют обозначенным разделам на приведенном выше рисунке:

Нарушение натяжения по сечению сетки
Разрушение при сдвиге в двух плоскостях
Выход из строя подшипника
Разрушение при растяжении / перелом в одной плоскости
Выпучивание вне плоскости («выпуклость») — (на рисунке не показано)

Есть несколько распространенных методов анализа ушка:

Упрощенный анализ — этот метод основан на основных принципах и включает в себя упрощающие предположения о природе отказа и расчет коэффициентов безопасности.Преимущество этого метода состоит в том, что он относительно простой, но он дает лишь приблизительное определение пригодности выступа.
Метод ВВС — этот метод учитывает большинство вышеперечисленных режимов отказа и использует эмпирические кривые для более точного определения допустимых нагрузок. Этот метод позволяет использовать проушины при осевой нагрузке, поперечной нагрузке или наклонной нагрузке. Этот метод также учитывает взаимодействие между выступом и штифтом.
ASME BTH — этот метод учитывает большинство вышеперечисленных режимов отказа и использует упрощенные уравнения с поправочными коэффициентами на основе эмпирических данных для более точного определения допустимых нагрузок.Этот метод проще, чем метод Air Force, но он учитывает только выступы при осевой нагрузке и не учитывает взаимодействие между выступом и штифтом.

Все эти методы описаны в следующих разделах.

Упрощенный анализ

Этот метод основан на первых принципах (а также на упрощенном методе, описанном у Бруна) и включает в себя упрощающие предположения о природе отказа.Несмотря на то, что его относительно легко выполнить, он дает только приблизительное определение соответствия проушины и не должен использоваться для критической конструкции.

В упрощенном анализе рассматриваются следующие виды отказов:

Нарушение натяжения по сечению сетки
Разрушение при сдвиге в двух плоскостях
Выход из строя подшипника

Коэффициент безопасности рассчитывается для каждого режима отказа, и, если каждый коэффициент безопасности является приемлемым, можно считать, что проушина прошла. На рисунке ниже показан выступ синего цвета, а штифт — зеленым.

Размеры на рисунке:

D _h = диаметр отверстия
D _p = диаметр пальца
R = краевое расстояние (расстояние от центра отверстия до края выступа в направлении приложенной нагрузки)
r = радиус кривизны края проушины (больше или равен R)
a = расстояние от края отверстия до края выступа = R — 0.5 Д _ч
w = ширина
t = толщина (на рисунке не показана — толщина указана на странице)
Z = потеря длины плоскости сдвига из-за кривизны на конце выступа
& phiv; = угол установки плоскости сдвига = 40 °

Нужен калькулятор проушин?

Попробуйте наш калькулятор проушин, основанный на методике, описанной здесь.

Допускает осевую, поперечную или наклонную нагрузку
Выполняет расчеты прочности проушины, прочности штифта и прочности соединения на двойной сдвиг.

Разрыв напряжения в поперечном сечении сети

Разрушение при растяжении поперек сечения сети происходит по сечению, выделенному красным на рисунке ниже:

Площадь сечения нетто определяется как:

A _t = (w — D _h) t

Предельная растягивающая нагрузка — это нагрузка, которая может привести к разрушению при растяжении по сечению нетто, и определяется как:

P _tu = S _tu A _t

где S _tu — предел прочности материала проушины на разрыв.Вышеприведенное уравнение предполагает равномерное растягивающее напряжение по поперечному сечению. В действительности будет концентрация напряжений из-за потока напряжений вокруг отверстия.

Коэффициент безопасности определяется по:

Разрыв при сдвиге в двух плоскостях

Отрыв при сдвиге происходит по двум плоскостям сдвига, выделенным красным на рисунке ниже:

Общая площадь плоскости сдвига определяется как:

A _s = 2 L _sp t

где L _sp — длина плоскости сдвига, а t — толщина выступа. Простой и консервативный подход состоит в том, чтобы рассчитать длину одной плоскости сдвига как:

L _sp = а

где a = R — 0,5 D _h, как показано на рисунке выше. Если желательно учесть немного более длинную плоскость сдвига, обычно рассматривают линию под углом 40 градусов, проходящую от центра срезного штифта. В точке, где линия под углом 40 градусов пересекает отверстие под штифт, вытяните плоскость сдвига горизонтально до внешнего края выступа.В этом случае L _sp рассчитывается как:

где & phiv; — угол расположения плоскости сдвига, равный 40 °, а Z — потеря длины плоскости сдвига из-за кривизны на конце выступа. Этот убыток рассчитывается как:

Обратите внимание: если конец проушины плоский, то r равно бесконечности, а Z равно нулю.

Предельная нагрузка сдвига — это нагрузка, которая может привести к разрыву при сдвиге в двух плоскостях, и определяется как:

P _на = S _на A _на

где S _su — предел прочности материала проушины на сдвиг.

Коэффициент безопасности определяется по:

Отказ подшипника

Опора происходит между поверхностью пальца и внутренней поверхностью отверстия в проушине, как показано на рисунке ниже:

Площадь опоры определяется как:

A _br = D _p t

Следует отметить, что так как длина опорной поверхности равна диаметру штифта, а так как длина окружности задается C = πD, то:

длина опорной поверхности также равна 1 / & pi раза по окружности штифта
стреловидный угол поверхности подшипника равен 2 радиана и ки; 115 °

Предельная нагрузка на подшипник — это нагрузка, которая может привести к выходу подшипника из строя, и определяется как:

P _br = S _br A _br

где S _bru — это минимум предельной несущей способности материала проушины и предельной несущей способности материала пальца.Предел несущей способности может быть приблизительно равен 1,5 · S _tu.

Коэффициент безопасности определяется по:

Если втулка вдавливается в проушину, необходимо рассчитать подшипник для обоих наборов контактов:

Палец на втулке
Втулка на проушине

Подпишитесь, чтобы получать периодические обновления о последних улучшениях:

Метод ВВС

Метод анализа проушин ВВС широко используется в промышленности и задокументирован в Руководстве по анализу напряжений Лаборатории динамики полета (FDL) ВВС.Этот метод тесно связан с методами, представленными в Melcon & Hoblit и Bruhn, и в значительной степени опирается на кривые, полученные на основе эмпирических данных. Хотя этот метод несколько сложнее, чем другие методы анализа выступов, он невероятно полезен, поскольку он позволяет учитывать выступы при осевой нагрузке, поперечной нагрузке или наклонной нагрузке, а также потому, что он учитывает взаимодействие между выступом и штифтом.

Ознакомьтесь с нашим калькулятором проушин, основанным на методе ВВС, описанном здесь.

В этом разделе отдельно рассматриваются осевая нагрузка, поперечная нагрузка и наклонная нагрузка. В этих разделах не учитывается влияние штифта на прочность проушины. В конце дается обсуждение взаимодействия штифта и выступа.

Осевая нагрузка

Для проушин, нагруженных в осевом направлении, метод Air Force оценивает проушину на предмет отказа подшипника, разрушения при сдвиге, разрушения при натяжении кольца и разрушения по сечению сетки.Три режима отказа фактически объединены в единый режим отказа — «несущая способность» учитывает опору, сдвиг и кольцевое напряжение. Это согласуется с утверждениями Бруна и Мелкон и Хоблит.

Интересующие размеры проушины с осевой нагрузкой показаны на рисунке ниже:

Размеры на рисунке включают:

D = диаметр отверстия
D _p = диаметр пальца
e = краевое расстояние
a = расстояние от края отверстия до края выступа = e — 0.5 D
w = ширина
t = толщина

Прочность подшипника при осевой нагрузке

Предельная нагрузка на опору с учетом опоры, сдвига и кольцевого натяжения определяется по формуле:

где D — диаметр отверстия, t — толщина проушины, а S _tu и S _ty — предел прочности материала проушины и предел текучести на растяжение соответственно. F _bru.L и F _bry.L — это соответственно предельное напряжение проушины и напряжение при текучести, которые задаются следующими уравнениями:

	e / D <1.5	e / D ≥ 1,5
Предельное напряжение подшипника, F _bru.L:		К С _ту
Предел текучести, F _bry.L:		K S _ty

Уравнение предельной нагрузки на подшипник можно сжать до:

Для соотношений e / D менее 1,5 отверстие находится близко к краю выступа, поэтому сдвиг и кольцевое натяжение, вероятно, будут наиболее критическими видами отказа.При больших значениях e / D отверстие удалено от края, и поэтому подшипник, вероятно, будет критическим видом отказа.

Фактор K в приведенных выше уравнениях — это допустимый коэффициент осевой нагрузки , который учитывает эффекты взаимодействия между различными видами отказа (подшипник, сдвиг и кольцевое натяжение). Значение K считывается с одного из следующих двух графиков. Первый график используется для D / t ≤ 5, что является наиболее частым случаем. Если D / t> 5, то выступ тонкий, и в этом случае значение K считывается на втором графике ниже.^{(Примечание 2)}

Прочность подшипника втулки при осевой нагрузке

Если в проушине находится втулка, необходимо рассчитать несущую способность втулки. Предельная нагрузка проходного изолятора определяется выражением:

P _u.B = 1,304 S _cy.B D _p t

где D _p — диаметр пальца, t — толщина втулки (предполагается, что она равна толщине выступа), а S _cy.B — предел текучести материала втулки при сжатии. Руководство Air Force предполагает, что предел прочности на сжатие материала втулки S _cu.B равен 1,304 · S _cy.B.

Если в проушине нет втулки, то расчет все равно следует выполнять, исходя из того, что материал проушины является материалом втулки.

Прочность сечения нетто при осевой нагрузке

Предельная нагрузка на сетку учитывает разрушение при растяжении на сетке и рассчитывается по формуле:

где w — ширина, а D — диаметр отверстия.F _nu.L и F _ny.L — это предельные напряжения и напряжения сечения текучести, соответственно, и задаются следующими уравнениями:

Предельное напряжение нетто-сечения:	F _nu.L = K _n S _tu
Напряжение нетто-сечения текучести:	F _ny.L = K _n S _ty

Уравнение для предельной нагрузки на нетто-сечение может быть сжато до:

P _nu.L = K _n · мин (S _tu, 1.304 S _ty) · (w — D) · t

Фактор K _n в приведенных выше уравнениях — это коэффициент результирующего напряжения растяжения , который снижает допустимые напряжения. Значение K _n определяется путем интерполяции между следующими графиками:

На приведенных выше кривых F _ty и F _tu — это соответственно предел текучести и предел прочности материала, E — модуль упругости, а ε _u — предельная деформация (т.е.е. общая деформация при отказе).

Расчетная прочность при осевой нагрузке

Расчетная предельная нагрузка для проушины с осевой нагрузкой представляет собой минимум предельной нагрузки на подшипник, предельной нагрузки на втулку и предельной нагрузки на нетто-сечение:

P _u.L.B = мин. (P _bru.L, P _u.B, P _nu.L)

Поперечная нагрузка

Анализ для проушины с поперечной нагрузкой аналогичен анализу для проушины с осевой нагрузкой.Однако режим разрушения при поперечной нагрузке более сложен, чем при осевой нагрузке, и разные размеры имеют решающее значение для определения прочности проушины. Интересующие размеры проушины с поперечной нагрузкой показаны на рисунке ниже:

где h ₁, h ₂, h ₃ и h ₄ представляют интерес плоскости разрушения. Если проушина симметрична, то значения этих размеров можно легко получить из размеров проушины с осевой нагрузкой:

ч ₂ = 0.5 (w — D)

h ₁ = h ₄ = h ₂ и плюс; 0,5 D (1 — cos 45 °)

h ₃ = a

Следует отметить, что h ₃ определяется как наименьший размер на любом радиальном сечении вокруг отверстия, но обычно он равен a. Из приведенных выше размеров рассчитывается эффективное краевое расстояние :

Вышеприведенное уравнение представляет собой просто «обратное среднее», которое придает больший вес размеру h ₁, поскольку эта секция принимает на себя большую часть нагрузки.^{(Примечание 3)}

Прочность проушины при поперечной нагрузке

Предельная поперечная нагрузка определяется как:

где D — диаметр отверстия, t — толщина выступа. F _bru.L и F _bry.L — это соответственно предельное напряжение проушины и напряжение при текучести, которые задаются следующими уравнениями:

Предельное напряжение подшипника:	F _bru.L = K _tru S _tu
Напряжение подшипника текучести:	F _bry.L = K _{попробовать} S _ty

где K _tru и K _try — коэффициенты предельной поперечной нагрузки и предельной нагрузки, которые определяются по следующему графику:

Прочность подшипника втулки при поперечной нагрузке

Несущая способность втулки в проушине с поперечной нагрузкой такая же, как и в проушине с осевой нагрузкой:

P _тру.B = P _u.B

где P _u.B — прочность подшипника втулки для проушины с осевой нагрузкой.

Расчетная прочность при поперечной нагрузке

Расчетная предельная нагрузка для поперечно нагруженной проушины представляет собой минимум предельной нагрузки проушины и предельной нагрузки на втулку:

P _Tru.L.B = мин. (P _Tru.L, P _Tru.B)

Нужен калькулятор проушин?

Попробуйте наш калькулятор проушин, основанный на методике, описанной здесь.

Допускает осевую, поперечную или наклонную нагрузку
Выполняет расчеты прочности проушины, прочности штифта и прочности соединения на двойной сдвиг.

Наклонная нагрузка

В наклонно нагруженном выступе приложенная нагрузка имеет как осевые, так и поперечные компоненты, как показано на рисунке ниже:

Для наклонно нагруженной проушины прикладываемая нагрузка должна быть разбита на осевую и поперечную составляющие, P _ax и P _tr, а силы в осевом и поперечном направлениях должны быть рассчитаны, как обсуждалось в предыдущих разделах.Затем может быть определена допустимая кривая нагрузки, которая принимает форму уравнения взаимодействия и приводится ниже:

Кривая допустимой нагрузки определяет пределы, при которых ожидается выход проушины из строя — она определяет предельную нагрузку для данной комбинации приложенной осевой и поперечной нагрузки. В приведенном выше уравнении P _ax.ult — это осевая составляющая предельной нагрузки, P _tr.ult — поперечная составляющая предельной нагрузки, P _u.L.B — это расчетная прочность при осевой нагрузке, а P _Tru.L.B — расчетная прочность при поперечной нагрузке. Кривая допустимой нагрузки показана ниже:

На рисунке выше значения по оси y представляют собой отношения приложенной поперечной нагрузки к поперечной прочности, а значения по оси x представляют собой отношения приложенной осевой нагрузки к осевой прочности.

Коэффициент осевой нагрузки	Коэффициент поперечной нагрузки

Должна быть нанесена точка для приложенной нагрузки с координатами (R _ax, R _tr).Любая точка, которая попадает в допустимую кривую нагрузки, имеет коэффициент безопасности ≥ 1 по отношению к предельной нагрузке. Обратите внимание, что если приложенная нагрузка полностью осевая, то значение для R _tr равно 0, а точка (R _ax, R _tr) лежит вдоль оси x, и поэтому конечная нагрузка — это просто осевая расчетная прочность. То же самое для полностью поперечной приложенной нагрузки; в этом случае точка лежит вдоль оси y, поэтому предельная нагрузка — это поперечная расчетная прочность.

Для приложенной нагрузки с осевой и поперечной составляющими предельная нагрузка рассчитывается путем проведения линии от начала координат через точку (R _ax, R _tr), а затем через кривую допустимой нагрузки. Это линия нагрузки , и ее наклон составляет:

Предельные коэффициенты нагрузки определяются пересечением линии нагрузки с кривой допустимой нагрузки. Эти предельные соотношения затем можно использовать для расчета предельных значений нагрузки в осевом и поперечном направлениях.

Предельная осевая нагрузка	Предельная поперечная нагрузка

Следует отметить, что приведенное выше уравнение для наклона не согласуется с наклоном, указанным в Руководстве ВВС. Обсуждение дано в Приложении.

Вместо того, чтобы определять конечные значения путем построения графика, их можно рассчитать напрямую, отметив, что компоненты предельной нагрузки, P _ax.ult и P _tr.ult связаны между собой:

P _tr.ult = P _ax.ult · tan (α)

где α — угол приложенной нагрузки по отношению к осевому направлению. ^{(Примечание 4)} Уравнение, определяющее кривую допустимой нагрузки, затем может быть решено для предельной осевой нагрузки, при этом указанная выше зависимость заменяется предельной поперечной нагрузкой:

& xrArr;

Затем конечную приложенную нагрузку можно определить следующим образом:

Коэффициент запаса прочности рассчитывается по формуле: ^{(Примечание 5)}

Сопротивление двойному сдвигу

Важно, чтобы штифт в соединении был достаточно прочным, чтобы равномерно распределять нагрузку по проушинам.Несмотря на то, что слабый штифт на практике обычно не ломается, чрезмерный изгиб штифта приведет к «пику» нагрузки вблизи плоскостей сдвига, так что внешние края выступов воспринимают высокие нагрузки, а внутренние части выступов относительно выгружен. Это может привести к тому, что материал вокруг отверстий на внешних поверхностях проушин растянется достаточно далеко, чтобы вызвать разрушение, и проушина выйдет из строя при более низкой нагрузке, чем предполагалось.

Один эффект, который помогает ситуации, заключается в том, что когда нагрузка концентрируется около плоскостей сдвига, изгибающий рычаг уменьшается, и, следовательно, изгибающий момент в штифте уменьшается.Однако исследование, процитированное Молконом и Хоблитом, показало, что это уменьшение изгибающего момента «редко превышает 25 процентов, а обычно намного меньше».

Поскольку изгиб штифта влияет на прочность проушины, очень важно учитывать прочность штифта при анализе соединения. В этом разделе представлен метод расчета допустимой нагрузки для соединения с двойным сдвигом. Пример соединения с двойным сдвигом показан ниже:

В соединении с двойным срезом имеется два внешних (охватывающих) выступа, один внутренний (охватываемый) выступ и штифт.

Общий процесс определения допустимой нагрузки показан на диаграмме ниже:

Расчет прочности соединения без учета воздействия штифта

Первоначально игнорируя эффекты изгиба штифта, рассчитайте предельную нагрузку на каждую проушину в соединении, используя методы, описанные в предыдущих разделах. Затем рассчитайте номинальную предельную нагрузку на соединение (без учета прочности пальца):

P _u.J.nom = мин (2 · P _ult.F, P _ult.M)

где P _{ult. M} — предельная нагрузка для охватываемого выступа, а P _{ult. F} — предельная нагрузка для одиночного охватывающего выступа. Поскольку имеется 2 выступа с внутренней резьбой, поддерживающих нагрузку, предельная нагрузка по отношению к выступам с внутренней резьбой составляет 2 · P _ult.F.

Расчет прочности на сдвиг и изгиб пальца

Следует рассчитать прочность на сдвиг и прочность на изгиб штифта.

Прочность на сдвиг пальца

Предельная нагрузка сдвига рассчитывается по формуле:

где D _p — диаметр пальца, а S _su.P — предел прочности материала пальца на сдвиг. Обратите внимание, что при расчете прочности на сдвиг штифта используется удвоенная площадь, так как имеется две плоскости сдвига.

Палец Прочность на изгиб

Предельная изгибающая нагрузка — это приложенная нагрузка, которая может привести к разрушению штифта изгиба, и рассчитывается по формуле:

где L _плечо — моментное плечо, а M _u.P — момент выхода из строя штифта. Если нагрузка распределяется равномерно по всей ширине проушин, плечо момента рассчитывается по формуле:

где t ₁ — толщина одного охватывающего выступа, t ₂ — толщина охватываемого язычка, а g — зазор между охватываемым и охватывающим языками, когда охватываемый язычок находится по центру между охватывающими язычками.

Окончательный момент разрушения штифта рассчитывается по формуле:

где S _tu.P — это предел прочности материала штифта на разрыв, а k _b.P — коэффициент пластического изгиба. Согласно Руководству ВВС, «значение k _bP варьируется от 1,0 для идеально эластичного стержня до 1,7 для идеально пластичного стержня, со значением 1,56 для стержней, изготовленных из достаточно пластичных материалов (удлинение более 5%). . »

Штифт сильный или слабый при изгибе?

После расчета прочности штифта определите, является ли штифт сильным или слабым при изгибе.Если предельная изгибающая нагрузка на штифт (P _uJnom) больше, чем либо предельная нагрузка на сдвиг (P _us.P), либо номинальная предельная нагрузка на соединение (P _uJном), то палец относительно прочный и не критичный при изгибе. В противном случае штифт будет слабым и критичным при изгибе.

P _ub.P ≥ P _{u.J. ном} или P _ub.P ≥ P _us.P?	Да → Крепкий штифт
	Нет → Слабый штифт

Сильный штифт

Если штифт прочный, прочность соединения будет ограничиваться либо прочностью штифта на сдвиг, либо номинальной прочностью соединения.В случае прочного пальца предельная изгибающая нагрузка на палец рассчитывается исходя из того, что нагрузка равномерно распределяется по всей ширине выступов:

Вышеприведенное уравнение такое же, как уравнение, представленное ранее для предельной изгибающей нагрузки на палец, но с членами, объединенными в одно уравнение.

Для прочного штифта изгиб штифта не влияет на прочность соединения, а предельная нагрузка на соединение равна номинальной предельной нагрузке на соединение:

P _u.J = P _{u.J. ном}

Слабый штифт

Если штифт плохо изгибается, нагрузка не будет распределяться равномерно по ширине проушины. Вместо этого нагрузка будет концентрироваться по направлению к плоскостям сдвига, и внутренние части выступов будут относительно разгружены. Из-за этого проушины выйдут из строя при более низкой нагрузке, чем предполагалось.

Чтобы учесть низкую прочность штифта на изгиб, рассчитывается предельная нагрузка «сбалансированной конструкции».Цель состоит в том, чтобы определить фактическую ширину опоры, на которой проушины выдерживают нагрузку. Вместо того, чтобы поддерживать нагрузку на всю толщину проушины, t ₁ и t ₂, нагрузка будет распределяться на меньшую ширину, b ₁ и b ₂, как показано на рисунке ниже. Предполагается, что нагрузка равномерно распределена по этой ширине.

Уменьшение ширины подшипника имеет два эффекта:

Предельная нагрузка на проушины снижается (проушины выходят из строя при более низкой нагрузке).
Плечо момента для штифта уменьшается, что увеличивает предельную изгибающую нагрузку штифта (штифт выходит из строя при более высокой нагрузке).

Новое увеличенное значение предельной изгибающей нагрузки пальца рассчитывается по формуле:

где в приведенном выше уравнении b ₁ и 2 · b ₂ были заменены на t ₁ и t ₂ из предыдущего уравнения изгиба пальца.

Уловка состоит в том, чтобы найти значения b ₁ и b ₂, которые приводят к предельной нагрузке «сбалансированной конструкции».Чтобы определить предельную нагрузку сбалансированной конструкции, уменьшите ширину опоры каждой проушины до тех пор, пока предельная нагрузка на проушины не станет равной друг другу, а также предельной изгибающей нагрузке штифта. Это требует итеративного процесса.

После определения предельной нагрузки сбалансированной конструкции, предельная нагрузка на шарнир и предельная изгибающая нагрузка на палец будут равны сбалансированной нагрузке:

P _u.J = P _ub.P = P _{сбалансированный}

Расчет допустимой нагрузки для соединения

Предельная нагрузка на сустав (P _u.J) следовало рассчитать в одном из двух предыдущих разделов, в зависимости от того, был ли штифт сильным или слабым при изгибе:

Крепкий штифт:	P _u.J = P _{u.J. ном}
Слабый штифт:	P _u.J = P _{сбалансированный}

Общая предельная нагрузка, учитывающая как предельную нагрузку на соединение, так и предельную сдвигающую нагрузку на палец, рассчитывается по формуле:

P _ult = мин (P _u.J, P _us.P)

Коэффициент безопасности рассчитывается по:

Нужен калькулятор проушин?

Попробуйте наш калькулятор проушин, основанный на методике, описанной здесь.

Допускает осевую, поперечную или наклонную нагрузку
Выполняет расчеты прочности проушины, прочности штифта и прочности соединения на двойной сдвиг.

Метод ASME BTH

Метод анализа проушин ASME описан в ASME BTH-1 «Проектирование подъемных устройств ниже крюка».«Этот метод учитывает следующие виды отказов, где цифры соответствуют рисунку:

Нарушение натяжения по сечению сетки
Разрушение при сдвиге в двух плоскостях
Выход из строя подшипника
Перелом в одной плоскости

Хотя коэффициент запаса прочности при выпуклости (продольном изгибе) явно не рассчитывается, расчет эффективной ширины учитывает толщину выступа в попытке защитить от разрушения выпуклости.

Размеры, представляющие интерес для анализа выступов, показаны на рисунке ниже:

Размеры на рисунке включают:

D _h = диаметр отверстия
D _p = диаметр пальца
b _e = чистая ширина (расстояние между краем отверстия и краем выступа в поперечном направлении)
R = краевое расстояние (расстояние от центра отверстия до края выступа в направлении приложенной нагрузки)
r = радиус кривизны края проушины (больше или равен R)
a = расстояние от края отверстия до края выступа = R — 0.5 Д _ч
t = толщина (на рисунке не показана — толщина указана на странице)
Z = потеря длины плоскости сдвига из-за кривизны на конце выступа
& phiv; = установочный угол плоскости сдвига

Поправочные коэффициенты

Анализ в ASME BTH очень похож на упрощенный анализ, за исключением нескольких поправочных коэффициентов, которые рассчитываются на основе результатов тестирования. Эти поправочные коэффициенты обсуждаются ниже.

Коэффициент снижения прочности

Прочность выступа снижается по мере ослабления посадки между штифтом и отверстием. Прочность выступа не сильно пострадает, если штифт и отверстие плотно прилегают. ASME определяет коэффициент снижения прочности, который можно использовать для расчета зазора между штифтами и отверстиями, как:

где D _p — диаметр штифта, а D _h — диаметр отверстия.

Угол установки плоскости сдвига

Угол расположения плоскости сдвига & phiv; используется для определения местоположения двух плоскостей, вдоль которых происходит разрыв при сдвиге, как показано на рисунке:

Большее значение & phiv; приводит к большей площади плоскости сдвига.Другие методологии обычно используют & phiv; как постоянное значение (обычно 40 °), но ASME связывает его с отношением диаметра штифта к диаметру отверстия, так что штифт с неплотной посадкой имеет меньшую площадь плоскости сдвига, чем штифт с плотной посадкой:

Эффективная ширина

Термин b _e обозначает чистую ширину и представляет собой расстояние между краем отверстия и краем выступа в поперечном направлении, как показано на рисунке:

При расчете натяжения рассчитывается эффективная ширина , которая является наименьшей из следующих величин:

•	b _эфф.1 = b _e	Эффективная ширина не должна превышать фактическую чистую ширину.
•	b _эфф.2 = 4 т	Этот предел предназначен для защиты от выхода из строя (как только толщина выступа становится ниже 1/4 чистой ширины b _e, полезная ширина уменьшается). Этим пределом можно пренебречь, если проушина усилена или ограничена изгибом.
•		Это уравнение является эмпирическим и соответствует результатам испытаний.

Эффективная ширина рассчитывается как:

b _eff = min (b _eff.1, b _eff.2, b _eff.3)

Расчетный коэффициент и класс обслуживания

Расчетный коэффициент (т.е. требуемый коэффициент безопасности), N _d, используется в расчетах прочности. Значение для N _d можно найти в таблице ниже:

Расчетный коэффициент	Состояние
N _d = 2.00	Подъемники категории A (прогнозируемые нагрузки, точно определенные или нетяжелые условия окружающей среды, не более 20000 циклов нагрузки)
N _d = 3,00	Подъемники категории B (непредсказуемые нагрузки, неопределенные или суровые условия окружающей среды)

Класс обслуживания используется для учета усталостной долговечности и определяется на основе приведенной ниже таблицы:

Класс обслуживания	Циклы нагрузки
0	0–20 000
1	20 001–100 000
2	100 001–500 000
3	500 001–2 000 000
4	Более 2 000 000

Расчет прочности проушин

Эти расчеты прочности применимы только для осевых нагрузок, как показано стрелкой приложенной силы на рисунке ниже:

Чтобы определить, имеет ли проушина достаточную прочность, рассчитайте запас прочности для каждого из описанных ниже видов отказа.Пока прилагаемая сила находится в пределах допустимой нагрузки и пока допустим каждый фактор безопасности, можно считать, что проушина прошла.

Предел прочности

P _t.u = C _r S _tu A _t

где C _r — коэффициент снижения прочности, а S _tu — предел прочности на разрыв проушины.A _t — это площадь сечения нетто и рассчитывается по формуле:

A _t = 2 t b _eff

где b _eff — эффективная ширина, а t — толщина выступа.

Допустимая растягивающая нагрузка основана на расчетном коэффициенте N _d и определяется по формуле:

Обратите внимание, что допустимая растягивающая нагрузка основана на расчетном коэффициенте, умноженном на 1,20. ASME требует, чтобы расчетный коэффициент для некоторых расчетов прочности был выше номинального значения.Коэффициент безопасности определяется по:

Чтобы соответствовать требованиям ASME BTH, коэффициент безопасности должен быть не менее 1,20 · N _d, но требуемый коэффициент безопасности может быть больше в зависимости от требований заказчика или инженерной оценки.

Прочность на излом в одной плоскости

Конечная нагрузка разрушения в одной плоскости — это нагрузка, которая приведет к разрушению вдоль плоскости, коллинеарной приложенной нагрузке, и определяется как:

Р _б.u = C _r S _tu A _b

где C _r — коэффициент снижения прочности, а S _tu — предел прочности на разрыв проушины. A _b — эффективная площадь, которая рассчитывается как:

где R — краевое расстояние, D _h — диаметр отверстия, b _e — чистая ширина, а t — толщина выступа.

Допустимая нагрузка разрушения в одной плоскости основана на расчетном коэффициенте N _d и определяется по формуле:

Коэффициент безопасности определяется по:

Прочность на излом в двойной плоскости

Конечная нагрузка сдвига в двойной плоскости — это нагрузка, которая может привести к разрыву сдвига в двух плоскостях, и определяется как:

P _v.u = 0,70 S _tu A _v

где C _r — коэффициент снижения прочности, а S _tu — предел прочности на разрыв проушины. _v — это общая площадь двух плоскостей сдвига, которая определяется по формуле:

где & phiv; — угол расположения плоскости сдвига, а Z — потеря длины плоскости сдвига из-за кривизны на конце выступа. Этот убыток рассчитывается как:

Обратите внимание: если конец проушины плоский, то r равно бесконечности, а Z равно нулю.

Допустимая нагрузка сдвига в двух плоскостях основана на расчетном коэффициенте N _d и определяется по формуле:

Коэффициент безопасности определяется по:

Прочность подшипника

Предельная нагрузка на подшипник — это нагрузка, которая может привести к выходу подшипника из строя на выступе или пальце. Эта предельная нагрузка зависит от количества циклов нагрузки, которым будет подвергаться соединение, и определяется выражением:

где S _ты.min — это минимальный предел текучести между выступом и штифтом (т.е. S _ty.min = min (S _ty.lug, S _ty.pin)). Значение A _p — это площадь подшипника пальца и рассчитывается по формуле:

A _p = D _p t

Допустимая нагрузка на подшипник основана на расчетном коэффициенте N _d и определяется по формуле:

Коэффициент безопасности определяется по:

Приложение

Несоответствие с руководством ВВС — наклонная нагрузка

В Руководстве ВВС США указано, что коэффициент безопасности для наклонно нагруженной проушины следует рассчитывать путем проведения линии от начала координат, которая пересекается с кривой допустимой нагрузки, где наклон линии определяется по формуле:

где P _u.L — это предельная нагрузка для проушины с осевой нагрузкой, а P _Tru.L — предельная нагрузка для проушины с поперечной нагрузкой.

Проблема с использованием приведенного выше уравнения для наклона заключается в том, что линия пересечения одинакова независимо от угла приложенной силы. Эта проблема проиллюстрирована на рисунке ниже:

Если приложенная сила находится под углом 5 °, так что она почти полностью осевая, то точка приложенной нагрузки будет лежать вдоль синей линии, как показано на рисунке, а точка пересечения должна отражать коэффициент безопасности, равный очень близок к таковому у чисто осевой проушины.Аналогичным образом, если приложенная сила находится под углом 85 °, так что она почти полностью поперечна, то точка приложенной нагрузки будет лежать вдоль красной линии, как показано на рисунке, а точка пересечения должна отражать коэффициент безопасности. это очень близко к чисто поперечно нагруженной проушине. Исходя из этого, наклон линии должен отражать условия приложенной нагрузки:

Банкноты

Примечание 1: Относительный размер проушины и кронштейна

Следует отметить, что фигура, показывающая выступ со штифтом с головкой под головку, неточно отображает относительный размер.Штифт с головкой с головкой должен относительно плотно входить в проушину. Согласно ASME, диаметр пальца должен составлять не менее 90% диаметра отверстия проушины, чтобы избежать снижения прочности соединения.

Примечание 2: График коэффициента осевой нагрузки

Имена переменных, используемые на графике коэффициента осевой нагрузки из Руководства ВВС, несовместимы с остальными именами переменных в руководстве. Этот сюжет возник в Melcon & Hoblit, и имена переменных из сюжета не были обновлены для соответствия.В Руководстве Air Force используется переменная e для краевого расстояния (от центра отверстия до края выступа) и a для расстояния от края отверстия до края выступа. Однако на графике используется расстояние до кромки (от центра отверстия до кромки выступа).

Примечание 3: Обратное среднее для поперечных размеров проушин

Эффективное краевое расстояние для проушины с поперечной нагрузкой рассчитывается с использованием обратного среднего. Эффект обратного среднего состоит в том, что в результате преобладают более мелкие члены, так что непропорционально большое значение не приведет к значительному увеличению среднего, а непропорционально малое значение приведет к значительному снижению среднего (т.е. слабое звено — это тот же эффект, что и при последовательном размещении пружин). Использование этого уравнения для расчета эффективного краевого расстояния для проушины с поперечной нагрузкой было разработано Melcon и Hoblit. Они заявили, что причиной коэффициента 3 в члене h ₁ было уменьшение разброса в их тестовых данных, но это имело смысл, потому что в поперечно нагруженной проушине секция h ₁ будет принимать на себя большую часть нагрузки.

Примечание 4: Взаимосвязь между составляющими предельной нагрузки для наклонной нагрузки

Чтобы рассчитать компоненты предельной нагрузки для наклонно нагруженной проушины, необходимо определить взаимосвязь между предельными компонентами.Известно, что фактические отношения нагрузки пропорциональны предельным отношениям нагрузки, поскольку эти отношения лежат на одной и той же линии нагрузки:

Выразите соотношения в терминах компонентов нагрузки и упростите:

Составляющие нагрузки связаны углом приложенной нагрузки:

Примечание 5: Фактор безопасности при наклонной нагрузке

Следует отметить, что коэффициент запаса прочности для наклонно нагруженной проушины может быть включен в саму кривую допустимой нагрузки посредством:

Тогда коэффициент безопасности можно рассчитать напрямую:

Подпишитесь, чтобы получать периодические обновления о последних улучшениях:

Список литературы

ASME BTH-1, «Проектирование подъемных устройств ниже крюка», Американское общество инженеров-механиков, 2014 г.
Брюн, Э. Ф., «Анализ и проектирование конструкций летательных аппаратов», июнь 1973 г.
Мелкон, М.А. и Ф.М. Хоблит, «Развитие в области анализа выступов и срезных штифтов», Разработка продукта, июнь 1953 г.
Ниу, Майкл К., «Анализ напряжений и определение размеров планера», октябрь 2011 г.
«Руководство по анализу напряжений», Лаборатория динамики полета ВВС, октябрь 1986 г.

Напряжение сварного шва в SOLIDWORKS Simulation

Автор: Шон Бентли, инженер по приложениям, DASI Solutions

Как имитировать сварные швы в SOLIDWORKS Simulation? Часто, когда люди спрашивают об этом, они хотят попытаться определить стрессы.Это сложный вопрос, поскольку существует множество подходов, каждый из которых имеет свой компромисс между временем и точностью, и ни один метод, похоже, не может рассказать всю историю. Я предложил два популярных подхода, но оба следует рассматривать консервативно / осторожно.

1.) Моделирование геометрии сварного шва, соединенных компонентов и сетки с твердыми элементами (утомительно и сложно)

Создание высокодетального точного изображения реального сварного шва непрактично, и я никогда не видел, чтобы это было сделано.Размер и форма сварного шва могут быть очень разными.

[Рисунок 1 — Изменение формы сварного шва]

Вместо этого, чтобы построить приблизительную версию сварного шва, такой инструмент, как «Угловой шов», позволяет добавить отдельную массу сварочного материала.

[Рисунок 2 — Скругленный борт]

После моделирования его можно стратегически связать с окружающим материалом внутри SOLIDWORKS Simulation с помощью контактов компонентов.Часто результаты выглядят следующим образом с большим напряжением в корне и носке сварного шва:

[Рисунок 3 — Низкое среднее напряжение в горловине сварного шва]

[Рисунок 4 — Большое пиковое напряжение в корне сварного шва, где имеется резкий разрыв. Большие напряжения также возникают в носке сварных швов]

[Рисунок 5 — Поперечное сечение горловины сварного шва, показывающее относительно низкое среднее напряжение около 50 МПа]

Будет ли сварка проходить успешно или нет? Кажется, что при единственной нагрузке с такой величиной напряжения сварной шов будет в порядке.Среднее напряжение 50 МПа по наименьшему поперечному сечению сварного шва (горловина сварного шва) намного меньше, чем предел прочности 400 МПа.

Однако максимальное напряжение, предсказанное моим текущим размером ячейки, кажется, превышает 800 МПа (на самом деле напряжение является единичным и будет продолжать расти с более мелкими ячейками). Это, вероятно, означает, что может быть некоторая локальная податливость материала у корня и пальца ноги, и это может быть плохим признаком усталости (небольшие трещины могут развиваться и расти с каждым повторным циклом).Выполнение этого как нелинейного исследования (которое учитывает текучесть материала) показывает более реалистичное поведение напряжений, но все же нельзя доверять из-за ограничений в моей геометрической модели.

[Рисунок 6 — Кажется, что резкая неоднородность исчезает, когда разрешена местная пластическая деформация]

Заключение

Этот метод может помочь определить среднее напряжение в сварном шве, и с его помощью вы можете приблизительно определить размер сварного шва, необходимый для того, чтобы выдержать эти напряжения.Следует учитывать соответствующие коэффициенты безопасности, чтобы учесть переменные, которые находятся вне нашего контроля в модели FE.

2.) Сетка с оболочками — только для пластинчатой или листовой геометрии — и использование соединителя для сварки кромок (относительно просто и быстро)

SOLIDWORKS Simulation Professional предлагает специальный тип соединителя, называемый соединителем под сварку кромки. Этот соединитель позволяет соединить оконечную оболочку с оболочкой или твердым телом.

При использовании этого метода SOLIDWORKS Simulation просто связывает выбранные элементы вместе вдоль «пересекающейся кромки».Затем он вычисляет силы, необходимые для сохранения устойчивости соединения, и использует эти силы для оценки размера сварного шва. Если вы посмотрите на некоторые уравнения (американские или европейские) для оценки размера сварного шва, вы увидите, что они просто используют усредненные напряжения по шву. Это похоже на метод, описанный выше, за исключением того, что извлечение размера сварного шва автоматизировано.

Заключение

Соединитель Edge-Weld Connector ускоряет процесс моделирования сварных швов для случаев единичной нагрузки, но оба метода не подходят для прогнозирования усталостной долговечности, поскольку мы не можем точно смоделировать сварной шов для прогнозирования локальных напряжений и возникновения трещин.Необходимо рассмотреть другие подходы, такие как так называемый метод горячих точек.

Если у вас есть вопросы или вы хотите получить дополнительные сведения об этих методах, обратитесь к справке SOLIDWORKS Simulation, выполните поиск на YouTube или свяжитесь с нами.

Проверка на прочность сварных швов

ГОСТ Р 50962-96 — основные положения. ТулаПак

Группа Л26

Общие технические условия

5. МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ

Сколько может выдержать шов после сварки электродами

Максимальная нагрузка шва после сварки электродами

(2 ) — 3 ,

Металлические конструкции 2 | reshebniki-online.com

Расчет на прочность цилиндрической обечайки от внутреннего давления

Калькулятор стыкового шва при осевой и поперечной нагрузке

Пример расчета прочности углового шва для сварного соединения, подверженного изгибу

Bhler Welding-Calc

Защита данных

Персональные данные

Контакт

Файлы cookie

Google Analytics

Правовая основа, сроки хранения

Плагины социальных сетей

Facebook

Твиттер

Google+

Ваши права, контактные данные

сварных швов (EN) | IDEA StatiCa

Угловые швы

Стыковые швы

Калькулятор трубок — Rogue Fabrication

Lug Analysis | MechaniCalc

Обзор анализа проушин

Упрощенный анализ

Нужен калькулятор проушин?

Разрыв напряжения в поперечном сечении сети

Разрыв при сдвиге в двух плоскостях

Отказ подшипника

Метод ВВС

Осевая нагрузка

Прочность подшипника при осевой нагрузке

Прочность подшипника втулки при осевой нагрузке

Прочность сечения нетто при осевой нагрузке

Расчетная прочность при осевой нагрузке

Поперечная нагрузка

Прочность проушины при поперечной нагрузке

Прочность подшипника втулки при поперечной нагрузке

Расчетная прочность при поперечной нагрузке

Нужен калькулятор проушин?

Наклонная нагрузка

Сопротивление двойному сдвигу

Расчет прочности соединения без учета воздействия штифта

Расчет прочности на сдвиг и изгиб пальца

Штифт сильный или слабый при изгибе?

Сильный штифт

Слабый штифт

Расчет допустимой нагрузки для соединения

Нужен калькулятор проушин?

Метод ASME BTH

Поправочные коэффициенты

Коэффициент снижения прочности

Угол установки плоскости сдвига

Эффективная ширина

Расчетный коэффициент и класс обслуживания

Расчет прочности проушин

Предел прочности

Прочность на излом в одной плоскости

Прочность на излом в двойной плоскости

Прочность подшипника

Приложение

Несоответствие с руководством ВВС — наклонная нагрузка

Банкноты

Примечание 1: Относительный размер проушины и кронштейна

Примечание 2: График коэффициента осевой нагрузки

Примечание 3: Обратное среднее для поперечных размеров проушин

Примечание 4: Взаимосвязь между составляющими предельной нагрузки для наклонной нагрузки

Примечание 5: Фактор безопасности при наклонной нагрузке

Список литературы

Напряжение сварного шва в SOLIDWORKS Simulation

Добавить комментарий Отменить ответ