Разработка учебно-методического пособия по расчетам на прочность при подготовке по специальности «Техник сварочного производства»

РАЗРАБОТКА УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОГО ПОСОБИЯ ПО РАСЧЕТАМ НА ПРОЧНОСТЬ ПРИ

ПОДГОТОВКЕ ПО СПЕЦИАЛЬНОСТИ

«ТЕХНИК СВАРОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА»

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3

РАСЧЕТ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИИ 6

ЛИТЕРАТУРА16

ВВЕДЕНИЕ

Огромное разнообразие типов сварных конструкций, выпускаемых промышленными предприятиями страны, вызвало необходимость разработать «Технологическую классификацию сварных конструкций в машиностроении». Этот документ позволил типизировать технологические процессы изготовления, приемки, испытаний и монтаж, подразделить по технологическим и другим возможностям сварочное оборудование, установки, оснастку, что позволяет разрабатывать типовые проекты сборочно-сварочных цехов и участков с типовыми технологическими процессами. Основными параметрами, которые объединяют группы сварных конструкций, являются: конструктивная форма изделия, тип заготовок, толщина, масса- и марки металлов, характер сопряжения свариваемых элементов, классификация швов, тип сварного соединения, габариты изделия. В зависимости от количества общих параметров все машиностроительные конструкции подразделяются на виды, типы, классы, подклассы, группы и подгруппы. В подгруппе сварные конструкции имеют максимальное количество общих параметров.

Принципиальная и рабочая технология (технологическая карта) разрабатывается на основе соответствующих ГОСТов, технических условий, правил Госгортехнадзора, Морского и Речного регистра, специальных технических условий, а также на основе отраслевых и заводских стандартов и дополнительных технических условий, зафиксированных на чертежах данного изделия.

Значение технологического процесса. Качество проекта технологического процесса изготовления сварных конструкций в основном определяет их технико-экономические показатели, такие, как надежность, экономичность в изготовлении и эксплуатации. В проекте технологии изготовления комплексно разрабатывают операции заготовки, сборки, сварки и контроля качества готового изделия. Рационально разработанный проект технологии должен обеспечить изготовление изделия при минимальной трудоемкости операций, минимальном расходе сварочных материалов и электроэнергии, с высоким качеством сварных соединений, при наименьших остаточных деформациях конструкции и при полном соблюдении мер по технике безопасности.

Принципиальная технология производства предусматривает: последовательность технологических операций, разбивку конструкции на отдельные технологические узлы или элементы, эскизную проработку специальных приспособлений и оснастки, расчеты режимов сварки основных сварочных операций, расчеты ожидаемых сварочных деформаций, сравнительную технико-экономическую оценку разработанных вариантов технологии.

Выбор схемы технологического процесса определяется характером или типом производства. Различают три типа производства: единичное, серийное и массовое. Единичное производство предусматривает изготовление разнообразных по назначению, форме и размерам конструкций. Партия однотипных конструкций при производстве состоит из одной или нескольких единиц. Особенностью производства является отсутствие специализации рабочих мест. Переход на выпуск других конструкций требует иногда переоснащения рабочего места. Применение специализированных приспособлений в единичном производстве экономически не оправдывается. Поэтому рабочие места оснащают универсальными приспособлениями, которые могут быть использованы при изготовлении различных конструкций.

При изготовлении изделий большими партиями производство является серийным. Рабочие места при серийном производстве оснащают специализированными приспособлениями, применение которых позволяет увеличить производительность труда и повысить качество продукции. В серийном производстве заготовки обычно изготовляют более точно, поэтому объем пригоночных работ минимален.

При массовом производстве рабочие места также строго специализированы и оснащены специализированным оборудованием и быстродействующими приспособлениями. Пригоночные операции при массовом производстве отсутствуют, так как детали изготовляют с жесткими допусками. При массовом производстве применяют механизированные поточные линии сборки и сварки, а также автоматические линии. Технологическая карта — основной производственный документ, в котором приведены все данные по заготовке, сборке и сварке изделия. Выполнение положений, зафиксированных в утвержденной технологической карте, строго обязательно. При составлении технологической карты технолог должен придерживаться схемы утвержденной принципиальной технологии. Составленная карта должна быть понятной без пояснительной записки. Технологические карты составляют на заготовку, сборку и сварку. В большинстве случаев технологию сборки и сварки приводят в одной карте, в порядке очередности выполнения операций.

Перед написанием технологического процесса техник технолог сварочного производства обязан убедиться в технологичности конструкции, проверить критические места конструкции, а именно проверить на прочность места строповки, места нагружения, возможные места нагружения конструкции, используя метод расчета на максимальную нагрузку и максимальный ккрутящий момент, которые возможно будут приложены к металлоконструкции. Также техник технолог сварочного производства должен уметь произвести расчет сварных соединений, в соответствии с их типом методом максимальной приложенной нагрузки. Только произведя все необходимые расчеты техник технолог может начать написание технологии на сборку и сварку металлоконструкции с последующим заполнением карт учитывая тип производства и назначение изделия.

РАСЧЕТ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИИ

Расчет стальных конструкций следует выполнять по методу предельных состояний.

Предельные состояния конструкций - такие состояния, при превышении характерных параметров которых недопустима.

Нормальная эксплуатация - эксплуатация конструкций в соответствии с условиями, предусмотренными в строительных нормах или задании на проектирование, включая соответствующее техническое обслуживание, капитальный ремонт и реконструкцию, которая осуществляется без ограничений в соответствии с технологическими и бытовыми условиями; учитывает безопасную работу людей в соответствии с; безопасную работу оборудования и сохранность ограждающих конструкций.

В соответствии с требованиями при расчетах стальных конструкций на действие соответствующих нагрузок необходимо учитывать их предельные состояния, приведенные в таблице.

Таблица

По своей физической природе стали являются упругопластическим материалом с различными зависимостями между деформациями и напряжениями при нагрузке и разгрузке. Однако при проверке конструкций по предельным состояниям первой группы на однократное действие расчетных предельных нагрузок применяемые стали рассматривают как нелинейно упругий материал, характеризующийся одной и той же нелинейной или кусочно-линейной зависимостью между деформациями и напряжениями при нагрузке и разгрузке (рисунок 1, кривая ОВАВ).

Рисунок 1 - Зависимость между напряжениями и деформациями при нагружении ОА и разгрузке для упругопластического материала АС, для нелинейно упругого материала АВ

Если в процессе деформирования конструкции в некоторых ее частях появится частичная разгрузка, то жесткость системы в целом должна увеличиться. В связи с этим принятая зависимость приводит к некоторому запасу несущей способности, что позволяет в практических расчетах надежно пользоваться моделью нелинейно упругого материала.

При возможном убывании нагрузок, а также при повторно-переменной нагрузке анализ поведения стальных конструкций за пределом упругости должен основываться на использовании модели упругопластического материала с различными зависимостями между деформациями и напряжениями при нагрузке и разгрузке (рисунок 1, криваяОВАС).

Расчет стальных конструкций и их элементов на усилия от действия внешних нагрузок необходимо выполнять с использованием геометрических гипотез: плоских сечений, секториальных площадей и прямых нормалей.

При расчете стальных конструкций и их элементов с учетом влияния собственных остаточных напряжений (от сварки, прокатки, холодной правки и т.д.) следует применять гипотезу об алгебраическом суммировании условных деформаций с деформациями от внешней нагрузки (Е - модуль упругости).

Надежность и экономичность стальных конструкций должны быть обеспечены одновременным выполнением требований к выбору материалов, расчетам и конструированию (а также изготовлению и монтажу).

При проектировании стальных конструкций подбор сечений необходимо выполнять с учетом технико-экономического обоснования принимаемого проектного решения, действующего сортамента, применения эффективных марок сталей, профилей, унифицированных типовых или стандартных конструкций, а также других требовании.

Основной интегральной характеристикой сопротивления стали деформированию при действии нагрузки является экспериментально получаемая зависимость между напряжением =N/A и относительным удлинением - диаграмма работы (деформирования) стали при одноосном растяжении (где N - растягивающая сила; А - площадь сечения образца; - расчетная длина образца).

Значение напряжения, соответствующего наибольшей нагрузке, предшествующей разрушению образца, называется временным сопротивлением .

При значениях напряжений, равных физическому (для сталей с явно выраженной площадкой текучести) или условному пределу текучести (рисунок 2), работа стали сопровождается текучестью или развитием значительных упругопластических деформаций без ее разрушения соответственно.

Основными параметрами для оценки работы стали при действии нагрузки являются значения временного сопротивления и предела текучести , устанавливаемые в национальных стандартах и технических условиях на поставку металлопроката.

1 - при наличии явно выраженной площадки текучести; 2 - при отсутствии площадки текучести

Рисунок 2 - Диаграммы работы стали

Значения временного сопротивления и предела текучести для металлопроката, выпускаемого металлургической промышленностью, имеют некоторый разброс. С учетом случайной изменчивости этих характеристик в установлены значения нормативных сопротивлений по временному сопротивлению и по пределу текучести соответственно, обеспеченность которых при поставке металлопроката по национальным стандартам и техническим условиям составляет не менее 0,95, что соответствует требованиям.

Возможные отклонения сопротивлений сталей в неблагоприятную сторону от их нормативных значений учтены с помощью коэффициентов надежности по материалу , которые установлены в зависимости от обеспеченности нормативных сопротивлений, гарантируемой методами контроля качества металлопроката на металлургических предприятиях.

Чем выше обеспеченность нормативных сопротивлений поставляемого проката, тем более низкими приняты коэффициенты надежности по материалу.

Расчетные сопротивления проката для различных видов напряженных состояний приведены в таблице 2 в соответствии с национальными стандартами с использованием коэффициентов перехода от основных расчетных сопротивлений. Хотя механические свойства проката вдоль и поперек направления прокатки несколько отличаются, расчетные сопротивления в приняты одинаковыми независимо от направления прокатки.

В изгибаемых элементах конструкций (типа пластин, плит, фланцев) малой высоты сопротивление проката переходу в упругопластическое состояние (из-за наличия больших градиентов напряжений) существенно превышает расчетные сопротивления , приведенные в.

В связи с этим в предусмотрен учет повышенных значений сопротивления металла при определении высоты сечения (толщины) элементов конструкций типа опорных плит введением для них коэффициентов условий работы >1.

Формулы для определения расчетных сопротивлений сварных соединений, предполагают, что подготовка материалов, сборка конструкций, сварка и контроль качества осуществляется в соответствии с требованиями нормативных документов; сварочные материалы соответствуют прочности свариваемой стали и условиям эксплуатации конструкций.

Расчетные сопротивления стыковых соединений, выполняемых всеми видами дуговой сварки, принимаются равными расчетным сопротивлениям стального проката: двусторонней, односторонней с подваркой корня шва, на подкладках, а также при физическом контроле качества швов.

В случаях, когда в стыковых соединениях невозможно обеспечить полный провар элементов, следует принимать .

Несущая способность сварных соединений с угловыми швами зависит от ориентации шва относительно направления усилия, действующего на соединение. Однако расчетные сопротивления соединений с угловыми швами в упрощенно приняты для наименее благоприятной ориентации - флангового шва и независимыми от угла между продольной осью шва и направлением силы, действующей на него.

Предельным состоянием для сварных соединений с угловыми швами является разрушение. В связи с этим их расчетные сопротивления в установлены по временному сопротивлению металла: для металла шва - в зависимости от его нормативного сопротивления ; для металла границы сплавления - в зависимости от нормативного сопротивления основного металла .

Расчет узла изделия на прочность

Расчет максимального изгибающего момента деталей А, В, С выполняется по формуле:

Мизг=W*[ σр](кгс*см)

гдеW – момент сопротивления, (см³):

[ σр] – допустимое напряжение на растяжение, (кгс/см²)

Моменты сопротивления деталей со стандартным профилем выбираем согласно с СТП 2, смотри таблицу:

Таблица

Расчетные моменты сопротивления получаем согласно эмпирическим формулам.

Момент сопротивления для круглой трубы расчитывается по формуле:

Wx=Wy=П*R²*s, (см³)

Где П=31415,

R – радиус трубы, (см),

s- толщина стенки трубы,(см)

Момент сопротивления для круга расчитывается по формуле:

Wx=Wy=0,1*d³, (см³)

Момент сопротивления для листового материала расчитывается по формуле:

Для нагрузки по оси х

Wх=(b*a²)/6, (см³)

Для нагрузки по оси y

Wх=(a*b²)/6, (см³)

где а – ширина листа, (см)

b – толщина листа, (см)

[ σр] – допустимое напряжение на растяжение, (кгс/см²) – справочная величина и выбирается из таблицы:

Таблица

Расчет максимального изгибающего момента детали А

Мизг 1=…(кгс*см)

Расчет максимального изгибающего момента детали В

Мизг 2=…(кгс*см)

Расчет максимального изгибающего момента детали С

Мизг 3=…(кгс*см)

Расчет максимальной приложенной нагрузки на деталь конструкции выполняется по формуле:

Pmax=Мизг/L (кгс)

гдеL – “плечо” на котором приложена нагрузка, см

Плече выбираем согласно конструкции и исходя из предполагаемого места нагрузки.

Расчет максимальной приложенной нагрузки на деталь А

Pmax1=…(кгс)

Расчет максимальной приложенной нагрузки на деталь В

Pmax2=…(кгс)

Расчет максимальной приложенной нагрузки на деталь С

Pmax2=…(кгс)

При переходе в международную систему СИ Мизг(кгс*см)= 0,1*Мизг(Н*м), Рmax(кгс)=10*Рmax(Н)

Расчет сварных соединений на прочность

Расчет на прочность тавровых сварных соединений металлоконструкции

Сварные соединения типа Т1 между деталями A и B, C и D,E и F являются тавровыми (типа Т1 по ГОСТ 5264 или ГОСТ 14771) и расчитываются по формуле:

N=1,4*К*Lш*[ σр], (кгс)

гдеN – усилие, действующее на сварное соединение, (кгс)

[σр], – допустимое напряжение на металл шва при растяжении, (кгс/см²)

[ σр] смотри таблицу

К - катет шва сварного соединения, (см)

Lш – суммарная длина сварного соединения, (см)

Для тавровых соединений типа Т3 ГОСТ 5264 или ГОСТ 14771 расчет производится по формуле:

N=2,8*К*Lш*[ σр], (кгс)

Таким образом

Максимальное усилие, действующее на сварное соединение между деталями A и B

N1=…(кгс)

Максимальное усилие, действующее на сварное соединение между деталями C и D

N2=…(кгс)

Максимальное усилие, действующее на сварное соединение между деталями E и F

N3=…(кгс)

Расчет на прочность нахлесточных сварных соединений металлоконструкции

Сварные соединения типа Н1 между деталями A и B, C и D,E и F являются нахлесточными (типа Н1 по ГОСТ 5264 или ГОСТ 14771) и расчитываются по формуле:

N=0,7*К*Lшi*[ ťр], (кгс)

Сварные соединения типа Н2 расчитываются по формуле:

N=1,4*К*Lшi*[ ťр], (кгс)

где [ťр] – допустимое напряжение на металл шва при растяжении, (кгс/см²)

N – усилие, действующее на сварное соединение, (кгс)

К - катет шва сварного соединения, (см)

Lшi – суммарная длина сварного соединения, (см)

Допустимое напряжение на металл шва при растяжении для нахлесточных соединений расчитывается по формуле:

[ťр]=0,8*[ σр], (кгс/см²)

[ σр] смотри таблицу

Таким образом

Максимальное усилие, действующее на сварное соединение между деталями A и B

N4=…(кгс)

Максимальное усилие, действующее на сварное соединение между деталями C и D

N5=…(кгс)

Максимальное усилие, действующее на сварное соединение между деталями E и F

N6=…(кгс)

При переходе в международную систему СИ Рmax(кгс)=10*Рmax(Н)

ЛИТЕРАТУРА

-

ГОСТ 21.502-2016 СПДС. Правила выполнения рабочей документации металлических конструкций;

-

ГОСТ 21.201-2011 СПДС. Условные графические изображения элементов зданий, сооружений и конструкций;

-

ГОСТ 21.501-2018 Система проектной документации для строительства (СПДС). Правила выполнения рабочей документации архитектурных и конструктивных решений;

-

ГОСТ Р 21.101-2020 Система проектной документации для строительства. Основные требования к проектной и рабочей документации;

-

ГОСТ 21.513-83 СПДС. Антикоррозионная защита конструкций зданий и сооружений. Рабочие чертежи.

-

Металлические конструкции. Учебник для вузов (Беленя Е.И.);

-

Справочник проектировщика. Металлические конструкции (Мельников Н.П.);

-

Справочник проектировщика. Легкие металлические конструкции одноэтажных производственных зданий (Ищенко И.И., Кутухтин Е.Г., Спиридонов В.М., Хромец Ю.Н.);

-

Примеры расчета металлических конструкций: Учебное пособие для техникумов (Мандриков А.П.);

-

Конструирование и изготовление рабочих чертежей строительных металлоконструкций: Справочное пособие (Васильченко В.Т., Рутман А.Н., Лукьяненко Е.П.);

-

Строительные конструкции. Т.1. Металлические, каменные, армокаменные конструкции. Конструкции из дерева и пластмасс. Основания и фундаменты (Цай Т.Н., Мандриков А.П., Бородич М.К.);

-

Пространственные металлические конструкции: Учеб. пособие для вузов (Трущев А.Г.).

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/591947-razrabotka-uchebno-metodicheskogo-posobija-po