Расчет сварных швов на прочность: Расчет сварных соединений

Содержание

Как правильно произвести расчет сварного соединения | PoweredHouse

Прочность сварных соединений зависит от прочности применяемых материалов, их свариваемости, правильного выбора сварочных материалов (электродов) в соответствии с физико-химическими свойствами основного металла, от способа сварки и режимов сварки, а также от типа сварного соединения и его размеров.

При расчете сварного соединения на прочность учитывают, что его надежность определяется прочностью наиболее слабого элемента. Таким элементом часто является не только металл шва, но и прилегающая к нему зона термического влияния. Ее прочность иногда ниже прочности основного метала. Поэтому при конструировании сварных изделий учитывают расположение сварного соединения относительно действующих сил, тип соединения, вид сварки и сварочные материалы. Правильное сочетание всех этих факторов дает возможность обеспечить равнопрочность всего сварного изделия.

Расчет сварных швов на прочность сводится к определению напряжений, возникающих в соединении от нагрузок. При проектировании сварных конструкций используют два основных метода расчета: по допустимым напряжениям и по предельным состояниям.

Чтобы с минимальной погрешностью провести расчет сварки, следует знать какие параметры влияют на прочность стыков. Для определения процесса сжатия и растяжения материала следует применять формулу:

При расчете потребуются следующие показатели:

  • — коэффициент преобладающих на рабочем месте условий. параметр общепринятый, указан в стандартизованных таблицах. Его просто необходимо вставить в формулу, по которой совершается расчет сварного углового шва;
  • — сопротивление свариваемого материала с учетом предела текучести. Определяется по стандартным таблицам;
  • Ru — сопротивление металла в соответствии временного сопротивления. Значения для подставки в формулу нужно поискать в таблицах;
  • N — максимально допустимая нагрузка, которую шов способен выдерживать;
  • t — минимальная толщина материала свариваемых элементов;
  • lw — наибольшая длина сварного соединения, при расчете ее уменьшают на 2t;
  • Rwу — определяемое в зависимости от предела прочности сопротивление.

В случае, когда необходимо сварить в единую конструкцию разные по структуре металлы, показатели Ru и Ry берутся по материалу с наименьшей прочностью.

Так же если требуется провести расчет сварочного шва на срез, то показатели следует выбирать того материала, у которого прочность меньше.

При проектировании стальных конструкций основным требованием является обеспечение максимально возможной прочности стыка и неподвижности соединяемых им элементов. Согласно требований и с учетом расположения и размеров швов можно с точностью установить оптимальный их тип. Если для создания металлоконструкции требуется выполнить сразу несколько швов, то располагать их необходимо таким образом, чтобы на каждый из них равномерно распределялась нагрузка.

Определить такие параметры можно посредством математических вычислений. Если полученные результаты будут неудовлетворительными, то в конструкцию необходимо внести изменения и еще раз провести все расчеты с новыми параметрами.

Особенности расчетов для изделий с угловыми стыками

Определение длины сварного шва на отрыв проводится с учетом силы, направленной к центру тяжести. Сечение при подсчетах следует выбирать с высокой степенью опасности.

Расчет сварного шва на срез осуществляется по формуле:

Вне зависимости от типа металлов каждый из показателей влияет на прочность стыков:

  • N — максимальная нагрузка, которая на стык оказывает давление;
  • ßf, ßz — указаны в таблице и не зависят от марки стали. Как правило ßz равно 1, ßf — 0,7;
  • Rwf — значение сопротивления срезу. Указано в таблицах ГОСТов;
  • Rwz — существующее на линии стыка сопротивлению. Значения стандартные и берутся из таблицы;
  • Ywf — составляет 0,85 для стыка, материалу которого свойственно сопротивление 4200 кгс/см²;
  • Ywz — для всех марок стали составляет 0,85;
  • с — коэффициент условий рабочей среды, стандартное значение из таблиц;
  • kf — указывает на толщину создаваемого шва, измерять следует по линии сплавления;
  • lw — исчисляется по общей длине стыка, уменьшенного на 10 миллиметров.

Вычислять значения можно по линии соединения или по свариваемому материалу. Расчет угловых сварных швов выполняется на основании сечения.

Чтобы понять, как правильно осуществить расчет сварных соединений и конструкций примеры и задачи можно посмотреть на специализированных сайтах в интернете.

Расчет сварочного шва, выполняемого внахлест выполняется с учетом типа и положения соединения, поскольку при такой технике стыки могут быть угловыми, лобовыми и фланговыми.

При сваривании металлических деталей внахлест определяется прочность линии скрепления и минимальная площадь сечения. Формула площади сварного шва подразумевает использование меньшей высоты треугольника условного стыка. При одинаковых размерах катетов этого треугольника для ручной сварки высота составляет 0,7.

При автоматической и полуавтоматической сварке глубина нагревания материала больше, поэтому за высоту принимаются указанные в типовых таблицах условные показатели.

Как рассчитать длину сварочных стыков от массы металла

Для определения длины соединения существует формула, обозначающая соотношение массы наплавки на протяженности одного метра спая.

Формула следующая: L = G/F × Y, в которой L обозначает протяженность сварочного шва, G — вес наплавляемого металла, F — площадь поперечного сечения, Y — удельный вес присадки.

Полученное значение следует умножить на определенные измерениями метры. Чтобы правильно провести исчисления целесообразно предварительно посмотреть пример, расчет длины сварного шва по которому выполнен в реальности.

Нужно понимать, что ни одна формула не способна обеспечить безупречно точного результата. Расходный материал следует покупать с запасом примерно 5-7%. Иногда удается немного сэкономить на присадке, но это под силу только опытным сварщикам, обладающим соответственными навыками.

Читайте также:

Правильная заделка концов тросов U-образными зажимами

Правильный угол заточки сверла по металлу

Классы прочности Болтов, Винтов, Шпилек, Гаек. Маркировка прочности крепежа

Маркировка болтов и гаек с расшифровкой

Слесарные тиски и их виды

Если нет шуруповерта. Как правильно монтировать гипсокартон электродрелью

Как отличить саморезы для дерева

№7 Расчет сварных швов на прочность

Расчет сварных швов на прочность.

При проектировании сварных конструкций прочность их определяется на основании расчетов, которые сводятся к определению напряжений, возникающих в деталях изделия от нагрузок.

Существуют два основных метода расчета конструкций: по допускаемым напряжениям и по предельным состояниям.

При расчете конструкций по допускаемым напряжениям условие прочности имеет вид σ = [σ],

где σ — напряжение в опасном сечении детали, [σ] — допускаемое напряжение, которое составляет некоторую часть от предела текучести стали : [σ] = σт/n, где n— коэффициент запаса прочности.

Коэффициент запаса прочности имеет различные значения в зависимости от ряда условий (характера нагрузки, толщины листов, марки стали и др.). Обычно коэффициент запаса прочности для изделий, выполняемых из низкоуглеродистой стали, составляет 1,5—1,7.

Метод расчета по допускаемым напряжениям прост. Коэффициент запаса прочности устанавливают без точного учета условий работы конструкции.

Более точным методом расчета конструкций, учитывающим условия работы, однородность материала конструкции и др., является метод расчета по предельным состояниям.

При расчете конструкций но предельному состоянию условие прочности записывается : N/F mR, где N — расчетное усилие, Н; F — площадь сечения, м2; R — расчетное сопротивление материала, Н/м2; m — коэффициент условий работы, который учитывает степень ответственности конструкции, жесткость узлов.

Стыковые швы на прочность рассчитывают по формуле N = Rс

Sl, где N — расчетная продольная сила, действующая па соединение, Н; Rс — расчетное сопротивление сварного стыкового соединения растяжению или сжатию, Н/м2; S — толщина металла в расчетном сечении, м; l — длина шва м.

Максимальное усилие N для угловых лобовых швов рассчитывают по формуле N = 0,7KlRc, где

К — катет шва, м; l — длина шва, м; Rс — расчетное сопротивление срезу, Н/м2.

Коэффициент 0,7 показывает, что расчет ведется из предположения разрушения шва но гипотенузе прямоугольного треугольника (форма сечения углового шва).

Максимальное усилие N для угловых фланговых швов рассчитывается по формуле N = 2*0,7 KlRс.

Примеры.

1. Определить расчетное усилие в стыковом соединении, выполненном ручной сваркой, если

расчетное сопротивление растяжению металла шва 18*107 Па, толщина шва S = 0,01м,

l = 0,2м (рис а).

N = 18 *107* 0,01* 0,2 = 36*104Н.

2. Определить расчетное усилие в нахлесточном соединении с лобовым швом, если Rc=15-107 Па,

катет шва К=0,01м, l = 0,2м (рис. б).

N = 0,7 * 0,01* 0,2 * 15 *107 = 21*104 Н.

3. Определить расчетное усилие в нахлесточном соединении с двумя фланговыми швами, если

К= 0,0 м, l= 0,1м (рис. в).

N= 2 * 0,7 * 0,01 * 0,1 * 15*107 = 21*104 Н.


Рис. Определение расчетных усилий на сварные швы:

а — стыковой, б — угловой лобовой, в — угловой фланговый.

Все о сварке

Если вам приходилось соединять детали металлические или из другого материала, то вы наверняка знаете, что самые прочные соединена выходят при работе со сваркой.

Такая надежность объясняется тем, что из-за высокой температуры, молекулы металла крепко соединяются между собой.

Но для того чтобы ваши швы были цельные и прочные важно хорошо рассчитать как сварить метал.

Блок: 1/7 | Кол-во символов: 369
Источник: https://prosvarku.info/tehnika-svarki/raschet-svarnyh-soedinenij

Какие бывают сварочные швы

В наше время придумано большое количество методов сварки, но самым распространенным остаётся сварка электричеством, она в свою очередь делить на контактную и дуговую. Чаще всего для формирования швов используют два таких метода.

Но чтобы ваш шов был долговечен нужно провести расчет, где вы должны учесть и провести расчет характеристик выбранного вами шва, так же не забывайте учитывать особые характеристики стали с которой работаете.

Когда вы формируете сварочный шов на отрыв, то он может быль не качественным, разрываться и растрескиваться, все это возникает из-за неправильного подсчета его прочности.

Самыми прочными считаются швы, что отвечают по своей плотности и свойствам металлу над которым проводится работа. Проблемы возникают обычно на том участке, который больше всего нагревается, он наиболее уязвим.

Обычно это та часть изделия что находиться максимально близко ко шву. Металл изменяет свою химию при температурном воздействии, это и есть основной причиной по которой вам следовало бы посчитать прочность шва.

Ведь без такого расчета вы не будете знать способ ли данный металл выдерживать определенные нагрузки, а если нет, то вам будет о чем задуматься.

Когда речь заходит про угловые швы там все немного сложнее. Там все зависти от того какого качества вами выбран металл. Весь расчет должен быть направлен на самую горячую точку, то есть на тот участок который более чем другие подвержен трещинам.

Угловым соединением называют такой шов при котором две части шва расположены одна к другой под углом. Катет поперечного сечения(k) и периметр шва(L), это все данные которыми вам нужно будет владеть для подсчета надежности шва.

Просто занесите свои числа вот в эту формулу и посчитайте A = k·sin45*L = 0,7k·L.

Также ещё существуют точечные соединения, при работе с ними существуют свои нюансы.

  • Формировать такой шов можно только на плоской поверхности для сварки.
  • Все точки должны быть равномерно нагружены, нельзя делать точку опоры.
  • В формуле, по которой мы подсчитывали силу углового шва можно допустить оплошность до 20 % в напряжении среза.

Блок: 2/7 | Кол-во символов: 2092
Источник: https://prosvarku.info/tehnika-svarki/raschet-svarnyh-soedinenij

Расчет прочности швов соединений, нагружаемых осевыми силами

Условные обозначения:

Р—нагрузка соединения;

L — общая длина рассчитываемого шва;

δ— толщина соединяемых деталей;

k — катет углового шва;

d, i — диаметр пробок и их количество в пробочном соединении;

а — ширина шва при роликовой сварке.

Сварной шов при соединении встык (рис. 1) работает на растяжение и сжатие, причем все виды подготовок кромок принимаются эквивалентными.

рис.1 Стыковые швы; а — прямой; б — косой

Условие прочности шва (формула 1)

рис. 2 Соединения внахлестку валиковыми швами: а — лобовыми; б — фланговыми; г — сечение углового (валикового) шва

Угловые швы (рис. 2) рассчитывают на срез по сечению, проходящему через биссектрису прямого угла; расчетная высота шва h = k cos 45° ~ 0,7k

рис. 3

При несимметричном расположении швов относительно линии действия силы Р (рис. 3) усилия, возникающие в них, находятся из уравнений статики:

Сварные швы при соединении втавр рассчитываются различно в зависимости от типа швов (рис. 4)

По рис. 4, тип а

по рис. 4, типы б, в

рис. 5

Пробочные соединения (рис. 5, а) рассчитывают на срез по формуле

При соединении деталей точечной сваркой сварной шов работает на срез, тогда

или на отрыв, тогда

Шов, получаемый роликовой сваркой, рассчитывается на срез:

Блок: 2/5 | Кол-во символов: 1285
Источник: http://razvitie-pu.ru/?page_id=1929

Расчет сварных швов на прочность

Для того, чтобы произвести расчет сварных соединений и вычислить коэффициент прочности сварного шва, надо произвести точный замер всех показателей (форма, размер, положение в пространстве).

Осуществить сварку можно разными способами. На сегодняшний день наибольшей популярностью пользуются следующие виды сварки:

  • электрическая, которая в свою очередь подразделяется на дуговую и контактную,
  • газовая.

Также выделяются: ручная, полуавтоматическая, автоматическая сварка.

Учитывая тот фактор, каким образом размещаются элементы, которые подвергаются сварке, выделяются такие типы соединений: стыковые, угловые, нахлесточные, тавровые.

Для каждого из вышеизложенных типов расчет на прочность проводится индивидуально.

Стыковые швы

Если необходимо высчитать коэффициент прочности сварного шва, в первую очередь, нужно обратить внимание на такой параметр как номинальное сечение, при этом учитывать утолщения швов, образуемых во время сварки не нужно. Вычисление производится исходя из данных о сопротивлении материалов, которые образуются в сплошных балках.

Когда касательные, нормальные напряжения начнут оказывать непосредственное влияние на соединения, то для расчета эквивалентного напряжения следует воспользоваться формулой:

Условие прочности можно представить следующим образом: σЭ ≤ P

Для поиска данных этого параметра ниже представлена таблица.

Метод сварки

Допускаемые напряжения

При растяжении р
При сжатии еж
При сдвиге

ср

Автоматическая, ручная электродами Э42А и Э50А

р

р
0,65 р

Ручная электродами обычного качества
0,9 р
р

0,6 р

Контактная точечная

0,5 р

Угловые швы

Соединение угловых сварных швов чаще всего осуществляется с поперечным сечением. Оба края соотносятся друг к другу 1:1. Поскольку сторона сечения называется катет сварного шва, на всех схемах и формулах она имеет обозначение «К». Зачастую шов деформируется и разрушается в самом маленьком месте сечения (опасное сечение), оно наиболее слабое, и проходит через биссектрису прямого угла. В таком сечении габариты (размер) шва определяются как β*К. Еще один важный показатель – длина шва (а). С помощью этих показателей можно узнать какую нагрузку способен выдержать сварной шов.

Блок: 3/4 | Кол-во символов: 2201
Источник: http://home.nov.ru/raschet-na-prochnost-svarnyx-soedinenij/

Расчет прочности швов, нагруженных перпендикулярно стыку свариваемых деталей

рис. 6  Соединение нагружено силой и моментом (швы стыковые)

Расчет прочности шва соединения, нагруженного силами и моментом (рис. 6), ведется по нормальным напряжениям (влиянием поперечной силы, как и при расчете балок на изгиб, пренебрегают):

Здесь We = δh3/6 — момент сопротивления сварного шва; Fe = δh — площадь сечения шва

рис. 7 Соединение нагружено силой и моментом (швы угловые)

В случае выполнения соединения угловыми швами (рис. 7) расчет ведут по условной методике, геометрически суммируя
напряжения от изгиба и растяжения с напряжениями, соответствующими поперечной силе:

Величина τQ учитывается лишь в случаях, когда поперечная сила сравнительно велика, а плечо внешнего момента небольшое;   в формуле учтены

Wc = 2×0,7kh3/6 — момент сопротивления биссекторного сечения швов; Fc = 2×0,7kh — площадь сечения швов

Блок: 3/5 | Кол-во символов: 911
Источник: http://razvitie-pu.ru/?page_id=1929

На что нужно опираться проводя расчет

Для того чтобы рассчитать надежность соединения нужно выяснить некоторые характеристики которые и влияют на то, на сколько хорошо, скреплены ваши элементы.

Ниже мы привели формулу по которой вы можете рассчитать нужный вам параметр.

И так мы расскажем вам об этом:

  • Сокращение УС – это те условиях в которых проводиться работа. Этот сокращение стало константой, и его можно удивить во всех основных книгах где проводятся подобные расчеты.
  • RU- так обозначают параметр сопротивления, именно он показывает уровень качества металла. Такие данные вы можете найти в таблицах.
  • RY- этот параметр обозначает тоже сопротивление, но он рассчитывается по отношению к текучести материала. Это так же табличные данные.
  • RWY- как и два предыдущих обозначает сопротивление, но оно уже рассчитывается относительно того насколько прочный используемый металл. Иногда можно видеть, что вместо такой отметки используют (Rwu Yu), пусть это не сбивает вас с толка, этот то же параметр.
  • N- этот знак показывает какую максимальную нагрузку способен перенести соединение, он этого показателя много чего зависит.
  • t- эта буква указывает на то какую толщину имеет деталь над которой будет проводиться сварка.
  • lw- это показатель, что определяет какую наибольшую длину соединения мы можем формировать, часто это вдвое больше чем толщина материала.

Если вы проводите работу с элементами, которые сделаны из разного металла, то сопротивление относительно текучести и просто сопротивление нужно определит отталкиваясь от того метала, что менее прочный.

Когда вам нужно подсчитать сварочный шов на срезе, то посмотрите на свои заготовки и отталкивайтесь от материала с низкой прочностью.

Свойства расчетного сопротивление для сварочной детали таково, что на прямую связано с растяжением сварочного соединения.

Именно из-за такой особенности соединения часто расположен немного под углом, и именно это дает возможность надежно соединить два металла разной природы.

Блок: 4/7 | Кол-во символов: 1967
Источник: https://prosvarku.info/tehnika-svarki/raschet-svarnyh-soedinenij

Расчет прочности швов, нагруженных в плоскости стыка свариваемых деталей

рис. 8 Швы нагружены в плоскости стыка свариваемых деталей

Угловые швы соединения рассчитывают обычно по одной из двух условных методик: по способу полярного момента инерции или по способу осевого момента инерции. В первом случае касательное напряжение от действия момента

где М — расчетный момент; rmax — расстояние от центра тяжести швов до наиболее удаленной точки шва; Ipc — полярный момент инерции швов

Ipc = Iус + Izc, где Iус и Izc — осевые моменты инерции швов относительно осей y и z

Касательное напряжение тм в любой точке считается направленным перпендикулярно к радиус-вектору, соединяющему эту точку с центром тяжести периметра швов. Моменты инерции вычисляются для биссекторного сечения швов.
По второму способу

где ymax — расстояние от оси элемента до наиболее удаленной точки шва;
Напряжение от растяжения (или сжатия)

где, Fe = 0,7 kL — общая площадь швов

При учете влияния поперечной силы соответствующее напряжение вычисляется лишь для вертикального шва, т. е.

где Fвс = 0,7 kh

Суммарные касательные напряжения в опасной точке шва находятся геометрическим сложением.
Расчет швов точечного соединения (рис. 9) проводится по одному из двух вышеперечисленных способов.

Усилие в наиболее нагруженной точке от внешнего момента
или
геометрически суммируется с усилием, равным
обусловленным действие силы Р, т.е.
Условием прочности служит выражение

При расчете швов на переменную нагрузку вводят коэффициент у снижения допускаемого напряжения:
а) для стыковых швов при нагрузке, переменной по величине, γ = 1;  при нагрузке, меняющейся по величине и по направлению

б) для угловых швов при нагрузке, как переменной по величине, так и переменной по величине и направлению

Pmin и Pmax — наименьшее и наибольшее по абсолютной величине усилия, которые следует подставлять в формулы со своими знаками

Допускаемые напряжения при расчете сварных швов

* р — допускаемое напряжение для основного металла на растяжение

Блок: 4/5 | Кол-во символов: 2027
Источник: http://razvitie-pu.ru/?page_id=1929

Как подсчитать такой показатель для углового шва

Но если вам нужно провести расчет показателя качества прочности соединения для угловых соединений, то предыдущая формула вам не подойдет. Для угловых соединений нужно учитывать силу, что расположена в центре тяжести.

А это уже совсем другая формула. Когда вы введете все данные формулу проследите, что вы взяли данные показателя самой не надежной части сечения.

А подсчитать качество сварочного соединения на срезе вы можете по стандартной формуле, что мы привели снизу.

Будьте внимательны ведь каждый показатель в данной формуле крайне важен при расчёте качества прочности соединения, так же на это не влияет то какой вид металла используется. Итак, приступим.

N- это показатель наибольшей нагрузки, что в самой большей степени влияет на соединение, те показатели, что приведены в скобочках рядом постоянные и вы можете найти их в таблицах.

Чаще всего выходит такая картина.

  • Bf- приблизительно 0,7
  • BZ-приблизительно 1
  • И тут так же не имеет какой фирмы и характеристик сталь, эти показатели часто приблизительно столько.
  • RWF- это показатель из гостовского документа, и он указывает на сопротивление на срезе.
  • RWZ- это также табличный показатель которой описывается как сопротивление на линии.
  • C- тоже табличное число, которое имеет показатель рабочих условий.
  • Ywf-этот показатель приблизительно 0,85, но это только с учетом того, что вы работаете с нормальным металлом, сопротивление которого до 4200 кгс на см.
  • Ywz-этот показатель константа, что равняться 0,85 и не важно какой это вид стали.
  • Kf- этот показатель нужно измерять по линии сопротивление, обозначает длину соединения, что у вас выйдет.
  • Lw-это длинна, которую нужно уменьшить на 10 миллиметров.

Блок: 5/7 | Кол-во символов: 1709
Источник: https://prosvarku.info/tehnika-svarki/raschet-svarnyh-soedinenij

Соединение, что делаются внахлест

Мы уже немного говорили о таком виде соединения ранее, соединение в внахлёст это такой метод при котором один пласт металла накрадывается на другой и в таком виде они свариваются, так же помине, что такая технология работает только с тонкими металлами с толстыми она будет не эффективна.

Расчёты проводятся по-разному потому что у такого шва тоже существуют свои разновидности, как например шов лобовой или под углом, фланговый шов. Ниже мы напишем формулу по которой вы можете посчитать.

N / (z kf lw) ≤ Rwz wz c.

Когда вы приступаете к расчету прочности длинны шва при соединении деталей из металла по технологии внахлест, вам нужно взять в расчет наименьшее сечение, оно должно быть расположено на самой меньшей высоте треугольника, что у нас визуализируется, при этом не нужно учитывать наплыв. Если вы пользуетесь ручной сваркой и ваши катеты приблизительно разны, то у вас выйдет показатель 0,7.

Мы должны так рассчитывать сечение по минимальной расчетной площади, потому что она связана с тем, что мы используем расходные сварочные материалы, и ещё связана с прочностью, что превышать прочность главного материала из которого состоят наши детали, что мы соединяем.

Если вы варите с помощью полуавтомата или автомата, то шов у углу обычно выходит немного толще и грубее, чем вы варили бы обычной ручной сваркой с дугой. А то как вам рассчитать высоту и подобрать правильную смотрите в таблице выше.

Блок: 6/7 | Кол-во символов: 1441
Источник: https://prosvarku.info/tehnika-svarki/raschet-svarnyh-soedinenij

Самые распространенные проблемы, что возникают при формировании швов

Очень важно все правильно расчитать при работе с угловыми швами, или при работе может возникнут масса проблем, которые приведут к тому ,что ваш результат будет далеко е идеальным. Давайте поговорим про самые частые проблемы ,что возникают при сварке:

  1. Часто так бывает, что возникают поры – оно возникают из-за пагубного влияния кислорода и газов в среде, это возникает из-за плавления металла и электродов.
  2. Ещё иногда появляются подрезы-это такие просевшие участки, которые появляются на детали с боку от стыка, металл истончается и может треснуть.
  3. Следующая часта проблема непровары-это зоны в которых не удалось скрепить метал и между ним просто образовались дыры, это возникает из-за не правильной проплавки металла.
  4. Желательно чтобы в зону стыка не попадали другие включения не из метала, это может быть что угодно грязь, пыль или даже шлаки с электродов. Что качается шлаков можно сказать, что часто они не успевают выйти на поверхность шва чтобы вы их просто зачистили металлической щеткой. А если шлаки образовываются во время вашей работы с тонкими металлами-это достаточно критично, так как соединение будет хлипкое и в бедующем обязательно пойдут трещины.
  5. Далее вы узнаете о том, что возможно возникновение горячих трещин-это происходит из-за разращения соединения между кристаллами и тогда металл трескается под воздействием температуры, когда начинает плавиться сразу растрескивается.

Холодные трещины – они уже могут появиться после того как металл остыл. Этот процесс происходит из-за того что метал окислился ещё в процессе сварки. Для защиты от влияния кислородной среды используются специальные газы, что защищают участок.

В конце хочется добавить, что вы сможете найти в интернете много разных формул по расчёту прочности соединения.

Ещё используются разные показатели длинны, ширины шва, материала который свариваться и материалов расходных. Ещё учитывается площадь, толщина, и много других параметров.

Все это зависит от того каким видом соединения вы решили сваривать металл. Ещё важно учесть те усилия, что будут нагружены на шов из вне.

Выше вы можете посмотреть видео, где мастер проводит такие расчёты, вы сможете почерпнуть оттуда много полезного! Надеемся вам понравилась наша статья!

Блок: 7/7 | Кол-во символов: 2281
Источник: https://prosvarku.info/tehnika-svarki/raschet-svarnyh-soedinenij

Кол-во блоков: 12 | Общее кол-во символов: 17398
Количество использованных доноров: 3
Информация по каждому донору:
  1. https://prosvarku.info/tehnika-svarki/raschet-svarnyh-soedinenij: использовано 6 блоков из 7, кол-во символов 9859 (57%)
  2. http://home.nov.ru/raschet-na-prochnost-svarnyx-soedinenij/: использовано 2 блоков из 4, кол-во символов 3316 (19%)
  3. http://razvitie-pu.ru/?page_id=1929: использовано 3 блоков из 5, кол-во символов 4223 (24%)

Расчет — сварное соединение — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 3

Расчет — сварное соединение

Cтраница 3

В расчетах сварных соединений усиление шва не учитывается.  [31]

При расчетах сварных соединений с угловыми лобовыми швами находят применение схемы, основывающиеся на решениях, полученных для клина.  [33]

При расчете сварных соединений с валиковыми швами на растяжение или сжатие швы рассчитываются как работающие на срез независимо от их расположения по отношению к направлению действующего усилия.  [34]

При расчете сварных соединений сварочные напряжения и деформации обычно не учитываются. В то же время при проектировании конструкции, выборе технологического процесса ее изготовления и оценке ее работоспособности знание сварочных напряжений и возможных деформаций изделия является обязательным.  [35]

Проектирование и расчет сварных соединений ( конструкций) сводится к выбору вида соединения, способа сварки, марки электрода, рациональному размещению сварных швов, определению сечения и длины швов из условия равнопроч-ности наплавленного металла и материала соединяемых деталей. Размеры соединяемых деталей обычно известны заранее из условий прочности, жесткости, устойчивости или конструктивных соображений.  [37]

Как производится расчет сварных соединений на прочность.  [38]

Четвертый метод расчета сварных соединений с угловыми швами на статическую прочность ( см. § 8.1) предусматривает учет концентрации напряжений и деформаций в зависимости от формы и размеров швов. Использование этого метода невозможно, если пользоваться только характеристиками прочности и пластичности, рассмотренными выше. Ввиду недостаточной мощности обычно используемых ЭВМ для одновременного определения в сложных сварных соединениях концентрации напряжений первого и второго вида расчет распадается на две стадии. Первая стадия расчета напряженно-деформированного состояния фактически совпадает с расчетом НДС в третьем методе.  [39]

В методах расчета сварных соединений с угловыми швами на статическую прочность для первого вида нагружения, заданного силами или моментами ( рис. 14.2.6 й, рис. 14.2.7 а), исходят из предположения, что соединенные детали являются абсолютно жесткими телами, а швы и основной металл имеют высокую пластичность.  [41]

Установившихся методов расчета сварных соединений, работающих при повторно-статическом нагружении, не имеется. В основном используется следующая методика: определяют условный предел выносливости ON при заданной характеристике цикла г — 0min / 0max на ограниченной базе испытаний N, соответствующей продолжительности эксплуатации сварной конструкции.  [42]

Здесь и далее расчет сварных соединений с угловыми швами приводится только для условного среза по металлу шва.  [43]

Ниже подробно рассматривается расчет заклепочных и сварных соединений, имеющих широкое применение.  [44]

Страницы:      1    2    3    4

Расчет сварных соединений с угловыми швами. на статическую прочность с учетом. направления силы в шве

Изложенный ранее в настоящей главе метод расчета прочности сварных соединений с угловыми швами ориентируется на мини­мальную прочность шва, когда он работает на срез вдоль своей оси, т. е. как фланговый.

В действительности, как будет показано в гл. 3, прочность угловых швов может быть существенно выше прочности флангового шва. Она зависит от направления нагрузки в угловом шве.

Разработанный в МВТУ им. Н. Э. Баумана метод расчета на прочность сварных соединений с угловыми швами позволяет учесть направление вектора нагрузки на каждом из участков шва и более правильно выбрать размер катета шва, обеспечивая при этом равно-

прочность сварного соединения и присоединяемого элемента. Метод расчета распространяется на сварные соединения, металл шва которых находится в вязком состоянии и обладает достаточной пла­стичностью. При этом условии более прочные участки соединения могут быть вовлечены в пластическую деформацию и обеспечить наряду с менее прочными участками соединения некоторую сред­нюю, определяемую расчетом прочность соединения.

Для применения этого метода необходимо располагать экспери­ментальными значениями коэффициента увеличения прочности С, (рис. 2.42), показывающего отношение прочности шва при некото­ром угле а направления силы Ра к минимальной прочности угло­вого шва, когда он работает на чистый срез по наименьшему сече­нию. Наименьшая прочность обна­руживается, когда срез происхо­дит вдоль шва или поперек шва при а = 135° в случае равных катетов К. Угол а отсчитывается, как показано на рис. 2.42, б, от плоскости непровара. Диаграмма Са схематизирована. Необходимо располагать данными о прочности швов только в четырех точках: а = 0; а = 45°; а = 90°, а = = 135°. Принимается, что Сан) = = Cx=j8o°» Са_135? = 1, т. е. уро­вень прочности при а = 135° при­равнивается уровню прочности флангового шва. В области нагрузок, вызывающих закрывание плоскости непровара (180° <а <360°), принимается Са_180-> = С, что идет в запас прочности. При произвольном направлении на грузки Р в пространстве (рис. 2.43) коэффициент увеличения проч ности шва С вычисляется по формуле

С = Ca/!/sin2Y-j-C£cos2Y, (2,72)

где у.— угол, образованный вектором полной силы Р с продоль­ной осью шва; а — угол, образованный проекцией силы Р на пло­скость yz с плоскостью непровара.

Силы Р и Ра, показанные на рис. 2.42 и 2.43, проходят через центр тяжести сечения шва и не создают изгибающих моментов. Коэффициент увеличения прочности шва С или Са (в случае у = -= 90°) можно формально рассматривать и как коэффициент фик­тивного увеличения катета шва при постоянном уровне прочности металла. Формула (2.72) удовлетворительно подтверждается экспе­риментами.

Процедура поверочного расчета сварных соединений на стати­ческую прочность по рассмотренному методу состоит в следующем. Сначала для отдельных участков шва необходимо определить коэф­фициенты увеличения прочности С. Например, для нахлесточного соединения на рис. 2.44, а для фланговых швов 1 Сг = 1; для лобо­вого шва 2, у которого угол а = 0, согласно диаграмме на рис. 2.42 С2 = 1,5. Затем надо найти расчетную площадь среза Fcр. Расчет­ная площадь среза в соединении на рис. 2.44, а составит

F ср = + р/С/2С*. (2.73)

Расчетное напряжение

Трасч = P/Fcp = PI IM (2 ІхСг + кСг)1 (2.74)

В примере на рис. 2.44, б имеется брус, нагруженный момен­том М и приваренный угловым швом К по периметру. Во всех точ­ках периметра шва погонная сила направлена под углом а = 90°; у = 0. Согласно графику на рис. 2.42, Са = 1,19, а по формуле (2.72) С = Са. Расчетная площадь среза составит р/( (2Я + 2В) С.

Момент инерции 1Х-Х расчетной площади среза составит

lx-х = [Н3П2 + 2В (Я/2)2] р/СС. (2.75)

Дальнейшее определение расчетного напряжения производится обычным способом:

Т’раеч = (№/,-,) (Я/2).

При проектном расчете процедура, как всегда, сложнее. Рас­смотрим порядок расчетов в этом случае. Пусть заданы нагрузка Р, конфигурация швов и их длины Н и В (рис. 2.45). Угловой шов с известным коэффициентом провара (3 = 0,7 (а + К)/К обварен по периметру. Требуется определить катет шва К сначала из условия, что он одинаков для всех швов 7, 2, 3, 4.

Вначале определяем направление нагрузок по концам отдель­ных участков швов в точках А, С, D, Е, для чего принимаем ус­ловно К = 1 см и определяем напряжения тр, т„ и тк в четырех точках от трех силовых факторов соответственно: перерезывающей силы Q = Р, изгибающего момента Мн = Р1Х и крутящего момента Мк = Р12.1==24,8 МПа.

Момент инерции швов относительно оси X — X

/д-_* = 2ВрК (Я/2)2 + 2рКЯ3/12= 1207 см*.

Находим напряжения:

ТИ = {PhUx-x) (и 12) = 174 МПа.

Суммарное напряжение в точках С и D

т = ]/т*+т* = /24,82 + 174,02 = 176 МПа.

Для шва 1 а = ас = 82°, так как вектор т смещен в сторону непровара; у = 0; Ci= Са= 1,27. Для шва 2 а — aD = 98°, так как вектор т удален от непровара; у = О, С2~ Са= 1,15. Для швов 3 и 4 а = 90°; у = 82°; Са = 1,19. Значе­ние Сзл согласно формуле. (2.72) получаем близким к 1,19, так как у = 82° мало отличается от 90°.

Определяем расчетные катеты: Ki = 1Сі = 1,27 см; К2= 1,15 см; Кзл ~ = 1,19 см.

Площадь среза швов F — 48,5 см2.

Смещение центра тяжести сечения швов произойдет вверх и составит Ах — 5= 0,16 см. Новый момент инерции швов 1’х—х — 1450 см4.

Находим расчетные напряжения от среза:

ТРрасч = Т = 20-6 МПа’

Расчетное напряжение от изгиба

Час = (PV7* — *) (Я/2 + Ал) = 148 МПа. Суммарное расчетное напряжение

“=150 МПа.

Необходимый катет шва согласно (2.77)

Трасч

К ———— 1 = 1 см = 10 мм.

Ясув

При использовании метода расчета, не учитывающего направление вектора нагрузки, необходимый катет шва получим по формуле (2.77) при подстановке в неё вместо трасч величины т= 176 МПа:

К’ — 1,17 см«з 12 мм.

Экономия наплавленного металла составит около 35—40 %.

Как рассчитать допустимое напряжение при сварке? – СидмартинБио

Как рассчитать допустимое напряжение при сварке?

Мы уже знаем, что допустимое напряжение сдвига составляет 70 000 x 0,30 = 21 000 фунтов на квадратный дюйм. Чтобы получить A (эффективную площадь сварного шва), нам нужно умножить теоретический размер горловины (1/4 x 0,707 = 0,177 дюйма) на длину (20 дюймов) и на 2 сварных шва. Эффективная площадь равна 20 дюймов х 0,177 дюймов х 2 = 7,08 квадратных дюймов.

Как рассчитывается прочность сварного шва?

Для измерения прочности сварного шва используется расчет общей площади сварного шва по силе, необходимой для разрыва этого сварного шва.Соответствие размеров сварного шва или трубы значения не имеет. Формула принимает ширину образца сварного шва и измеряет его высоту.

Как рассчитать расчетную прочность углового шва?

Используя код LRFD, расчетная прочность углового сварного шва со сдвигом на эффективной площади равна коэффициенту сопротивления, умноженному на номинальную прочность сварного шва (определяемому как 0,6, умноженному на предел текучести электрода в тысячах фунтов на квадратный дюйм), умноженному на размер шва, умноженному на длина сварного шва.

В чем разница между CJP и PJP?

Сварные швы с разделкой кромок считаются либо «полным проплавлением стыка» (CJP), либо «частичным проплавлением стыка» (PJP). Сварной шов CJP полностью заполняет зазор между двумя частями. Сварные швы PJP применяют, когда не требуется развития полной прочности соединяемых деталей для передачи нагрузки.

Что такое напряжение при сварке?

Остаточные сварочные напряжения вызваны разным тепловым расширением и сжатием металла шва и основного материала.Уровни остаточного напряжения в сварном шве и вблизи него могут быть очень высокими, вплоть до величины предела текучести материала в условиях сильного ограничения, что имеет место в большинстве реальных конструкций.

Как выбрать размер сварного шва?

Размер углового шва должен быть рассчитан проектировщиком сварной конструкции, исходя из характера и величины приложенных нагрузок, материала и проектной основы.

Что следует учитывать при проектировании сварного соединения?

Самая важная характеристика, которую необходимо учитывать при рассмотрении конструкции сварного соединения, заключается в том, что расплавленный металл сварного шва на основе никеля и кобальта является относительно «вялым», что означает, что он не течет и не растекается так легко, чтобы «смачивать» боковые стенки сварного шва. сварной шов.

Являются ли угловые швы PJP?

Сварные швы

PJP применяют, когда не требуется развития полной прочности соединяемых деталей для передачи нагрузки. Угловые швы не проникают в зазор между соединяемыми деталями. Угловой сварной шов обычно имеет треугольное поперечное сечение, при этом одна сторона треугольника прикрепляется к каждой соединяемой детали.

Может ли угловой шов быть CJP?

Угловой сварной шов часто можно заменить сварными швами с разделкой кромок CJP при растяжении, например, для болтовых соединений, когда фланцевые пластины привариваются к колонне (колонны W-образной формы или быстрорежущей стали).

Что вызывает напряжение в зоне сварки?

Что такое остаточное напряжение сварного шва?

Остаточные напряжения – это такие напряжения, которые сохраняются в объекте (в частности, в сварной детали) даже при отсутствии внешней нагрузки или температурных градиентов. В ряде случаев остаточные напряжения приводят к значительным пластическим деформациям, приводящим к короблению и деформации объекта.

Что такое сварной шов 6 CFW?

Угловые сварные швы определяются размером длины полки e.грамм. CFW толщиной 6 мм представляет собой непрерывный угловой шов с длиной катета 6 мм.

Какие напряжения должен выдерживать сварной шов?

Силы, вызывающие напряжения в сварных соединениях, представляют собой силы растяжения, сжатия, изгиба, кручения и сдвига, как показано на изображении ниже. Способность сварного соединения выдерживать эти нагрузки зависит как от конструкции соединения, так и от целостности сварного шва. Некоторые суставы могут выдерживать определенные виды сил лучше, чем другие.

Какова прочность сварного шва?

Прочность сварного шва относится к его несущей способности или к тому, какую нагрузку он может выдержать, прежде чем выйдет из строя.Тем не менее, для всех нас, участвующих в процессе сварки, от сварщиков до начальников производства, специалистов по качеству и инженеров по сварке, очень важно понимать основы проектирования сварных швов.

Что такое сварочная мощность?

Допустимая нагрузка сварочного кабеля, также известная как допустимая сила тока, относится к максимальной величине электрического тока, которую может безопасно проводить сварочный кабель. Допустимая нагрузка сварочного кабеля, также известная как допустимая сила тока, допустимая сила тока или номинальный ток, относится к максимальному количеству электрического тока, которое кабель может безопасно проводить.

Как другие рассчитывают сварные швы в Creo Simulate?

Анализ сварных швов с использованием МКЭ (и других методов) является большой и сложной темой. К сожалению, легких путей не существует.

Международный институт сварки (IIW) перечисляет четыре метода анализа сварных швов в порядке возрастания сложности/трудности использования:

1. Метод номинального напряжения

2. Метод горячей точки

3.Метод эффективного надреза

4. Механика разрушения

1. Используя метод номинального напряжения, вы не моделируете сам сварной шов. Рассчитанное номинальное напряжение в оболочечных (или сплошных) элементах затем сравнивается с серией стандартных сварных соединений, где допустимое номинальное напряжение было получено в результате обширных испытаний. Преимущество: простота в использовании. Недостаток: вы можете анализировать только те сварные соединения, которые идентичны или очень похожи на перечисленные/испытанные сварные соединения. Метод номинального напряжения IIW очень похож на метод Еврокода 3.

2. Метод горячей точки. Тот же тип модели FEA, что и в методе 1: геометрия сварного шва не моделируется. Напряжение в кромке сварного шва получается путем линейной экстраполяции напряжения в оболочке/твердых элементах к месту расположения кромки сварного шва. Этот стресс называется стрессом горячей точки. Допустимый уровень напряжения, полученный в результате испытаний, сравнивается с «напряжением горячей точки». Это более общий метод, чем метод 1, но требует больше работы.

3. Метод эффективной надрезки. Фактическая геометрия сварного шва моделируется с помощью твердотельных элементов.Радиусы на концах шва/корне шва моделируются со стандартным радиусом 1 мм. Напряжение на этих «надрезах» сравнивается со значением, полученным в результате испытаний, я напомню, что оно составляет 225 МПа для сварных швов в стали.

4. Механика разрушения. Это применимо только для анализа отказов и когда вы можете измерить длину/геометрию существующих трещин. Насколько мне известно, он в основном используется в ядерной, авиационной и судостроительной технике.

Уровни напряжения, полученные в результате испытаний по методам 1-3, называются «классами усталости», сокращенно FAT.Этот уровень напряжения представляет собой напряжение, оцененное с использованием каждого метода, которое приводит к усталостной долговечности в 2 миллиона циклов. IIW предоставляет S-N полные кривые, полученные в результате испытаний, для всех методов, а также предложения по оценке усталостной долговечности с использованием теории повреждений.

Эти методы (1-3) далеко не все случаи охватывают и не совершенны. Например, было доказано, что метод эффективного надреза не является консервативным, по крайней мере, для пластин более толстых, чем те, которые использовались в тестах для определения класса FAT для этого метода.

Как я уже сказал, анализ сварных швов с помощью МКЭ — это большая сложная тема, которую нельзя здесь осветить.

/ Коврики L

Как рассчитать расчетную прочность углового сварного шва? – Theburningofrome.com

Как рассчитать расчетную прочность углового шва?

При использовании кода LRFD расчетная прочность углового сварного шва со сдвигом на эффективной площади равна коэффициенту сопротивления, умноженному на номинальную прочность сварного шва (определяется как 0.6-кратный предел текучести электрода в тысячах фунтов на квадратный дюйм, умноженный на размер сварного шва, умноженный на длину сварного шва.

Что понимают под прочностью углового шва?

Концепция: Угловой сварной шов: (i) Угловой сварной шов обеспечивается, когда две соединяемые металлические поверхности находятся в разных плоскостях. (iii) Однако для данного количества наплавленного материала они не являются прочными и вызывают большую концентрацию напряжения. поэтому прочность углового шва составляет от 80 до 95 % прочности основного элемента.

Насколько прочен угловой шов 1/4?

3.712 тысяч фунтов на дюйм
Угловой шов 1/4: прочность сварного шва = 3,712 тысяч фунтов на дюйм сварного шва. Угловой шов 5/16: прочность сварного шва = 4,64 тысячи фунтов на дюйм сварного шва. Угловой шов 3/8: прочность сварного шва = 5,568 тысяч фунтов на дюйм сварного шва.

Почему плоская балка сварная?

Стальные пластины, сваренные в продольном и поперечном направлениях, также используются для усиления полотна. Вертикальные или поперечные ребра жесткости обычно можно наблюдать в большинстве стальных балок, несущих большие нагрузки.

Как рассчитывается прочность сварного шва?

Для измерения прочности сварного шва используется расчет общей площади сварного шва по силе, необходимой для разрыва этого сварного шва.Соответствие размеров сварного шва или трубы значения не имеет. Формула принимает ширину образца сварного шва и измеряет его высоту.

Как вы измеряете прочность сварного шва?

Прочность сварного соединения на растяжение определяется вытягиванием образцов до разрушения. Прочность на растяжение определяется путем деления максимальной нагрузки, необходимой при испытании, на площадь поперечного сечения.

Какова прочность сварного шва?

– Предел прочности на разрыв сварочного электрода может составлять 60, 70, 80, 90, 100, 110 или 120 тысяч фунтов на квадратный дюйм.– Соответствующие электроды указаны с использованием номенклатуры E60XX, E70XX, E80XX и т. д. Это стандартная терминология для сварочных электродов. Прочность электрода должна соответствовать прочности основного металла.

Что такое сварная плоская балка?

В мостах с пластинчатыми балками пластинчатые балки обычно представляют собой двутавровые балки, состоящие из отдельных листов конструкционной стали (а не прокатанных как единое поперечное сечение), которые свариваются или, в более старых мостах, скрепляются болтами или заклепками, образуя вертикальная стенка и горизонтальные полки балки.

Какова минимальная толщина косынки?

Пояснение: Толщина косынки в любом случае не должна быть менее 12 мм. Конструктивно косынка подвергается напряжениям сдвига, прямым напряжениям и напряжениям изгиба, поэтому она должна иметь достаточную толщину, чтобы выдерживать все эти напряжения в критическом сечении.

Какова прочность сварки?

fw = сопротивление сдвигу металла сварного шва зависит от электрода, используемого в процессе SMAW.– Прочность на растяжение сварочного электрода может составлять 60, 70, 80, 90, 100, 110 или 120 тысяч фунтов на квадратный дюйм.

Какова прочность сварного шва на мм?

Какова прочность сварного шва на миллиметр длины, используемого для соединения двух листов толщиной 10 мм внахлестку? Прочность сварного шва = te [fu/(√3 x 1,25)] = 410 x 4,2 /(√3 x 1,25) = 795,36 Н/мм.

Каков максимальный размер углового шва?

Максимальный размер углового сварного шва получается путем вычитания 1,5 мм из толщины более тонкой соединяемой детали.При сварке круглого носка стальных профилей максимальный размер сварного шва не должен превышать 1/3 толщины профиля в носке.

Учебное пособие по проектированию сварки для правильного расчета размера сварного шва и подготовки чертежа сварки для скручивающей нагрузки

Процедура расчета размера сварного шва зависит от типов нагрузки, которой подвергается сварка. Например, расчет конструкции сварки для нагрузки на чистое растяжение и расчет конструкции сварки для нагрузки изгиба отличается от расчета конструкции для нагрузки кручения.Рассмотрим расчет конструкции сварки на нагрузку кручения на примере.

A Типичный пример

В приведенном выше примере вал приварен к пластине, и на вал действует чисто скручивающая нагрузка ( F) .

Данные входные данные:

Применяемая торсионная нагрузка F = 100000 N

Прочность дизайна сварки FW = 220 N / MM2

Радиус вала R = 50 мм

Желаемый выход:

Толщина сварного шва ( t) и длина участка ( s)

Процедура расчета размера сварного шва линейным методом

  • Первое, что вам нужно рассчитать здесь, это крутящий момент (M).

M=F*R=5000000 Н-мм

  • Рассчитайте удельную площадь сечения (Au) сварного шва, как показано ниже:

Au = 2*pi*R = 314 мм2 908057 90 Рассчитайте единица полярного момента инерции (Ju) сварного соединения, используя уравнение из стандартной таблицы и вводя значение высоты галтели ( a) = 1, как показано ниже:

J =2*pi*a*( r+0,5*a) 3

Ju =2*pi * (r+0.5) 3 (поставив a = 1)

= 808786.285 мм4

    • Рассчитать стресс сдвига с сдвигом (T) с использованием следующего уравнения:

    T = M * R / Ju = 309.1 Н/мм2

    • Рассчитайте толщину сварочного шва (t) как показано ниже:

    t = T/Fw

    =1,4 мм

    = 1,4 мм

    длина свариваемых участков 9188

    , как показано ниже:

с = 1.414*t

= 1,97 мм (возьмите размер сварного шва 2 мм)

Заключение

Процедура проектирования сварки, описанная в этом руководстве по проектированию сварки, основана на BS 5950 и называется линейным методом. Высота углового шва принимается равной единице для расчета момента инерции и площади в случае линейного метода. Расчет размера сварного шва для нагрузки на кручение всегда можно проверить с помощью инструментов FEA.

  • Как стать сертифицированным сварщиком: Сертификация от признанной организации — это всегда профессиональный способ оставаться впереди конкурентов.Американское общество сварщиков (AWS) пользуется уважением во всем мире за качество сертификации, и сертификация сварщиков AWS, безусловно, даст вам больше признания в сварочной отрасли.

Повышение точности расчета сопротивления усталости сварных швов за счет учета эффекта статистического размера в рамках концепции напряжения надреза

Концепция напряжения надреза

Концепция эффективного напряжения надреза (далее сокращенно — концепция напряжения надреза) позволяет оценить усталость прочность сложных компонентов.Он имеет очевидные преимущества для компонентов, которые не позволяют определить номинальное поперечное сечение и для которых, следовательно, нельзя использовать номинальные напряжения в расчетах.

Для оценки эффективных напряжений надреза рассматриваемый сварной шов моделируется линейно-упругим методом конечных элементов. В этом моделировании и выступ шва, и корень шва заменены эффективным радиусом корня надреза r . По данным различных исследований, например [1, 2, 8], r равно 1 мм для пластин толщиной t  ≥ 5 мм.Максимальный коэффициент концентрации напряжений ( K t ), определенный на закругленном основании или корне сварного шва, используется для расчета напряжения надреза, которое может быть либо максимальным главным напряжением (относительно величины), либо эквивалентным напряжением по Мизесу. В этой статье исследуется только максимальное главное напряжение (относительно величины).

Определенный таким образом диапазон напряжения надреза затем сравнивается с кривой S N , которая зависит от используемого материала (сталь или алюминий) и выбранного радиуса основания надреза r .Для оценки стальных деталей толщиной t  ≥ 5 мм в сочетании с главными напряжениями класса усталости FAT 225 (имеется в виду диапазон допустимых напряжений Δ σ  = 225 МПа при 2 · 83 10 10 6  циклов при нагружении постоянной амплитуды), параметр уклона м  = 3 рекомендуется [1]. Эта кривая S N действительна до 1 · 10 7  циклов. Отсюда он продолжается с меньшим наклоном м  = 22.Кривая S N , полученная по этим параметрам, имеет вероятность отказа P f  = 2,3%.

Статистический размерный эффект для несварных компонентов

Статистический размерный эффект учитывает тот факт, что размер высоконапряженной области вокруг места максимального напряжения компонента влияет на локальную усталостную прочность. Это можно объяснить на основе модели слабейшего звена Вейбулла [9]. Предполагается, что в основе отказа компонента лежит его наибольший дефект, вероятность возникновения которого выше в большой высоконапряженной области, чем в малой.

Экспериментальная проверка в области усталостной прочности была проведена Heckel et al. [10,11,12,13].

Были установлены две возможности для измерения размера высоконапряженной области: интеграл напряжения по поверхности/объему [12, 14,15,16] или высоконапряженная поверхность/объем согласно Кугелю [17] или Сонсино [18]. ]. Преобразование между двумя компонентами выполняется в обоих случаях с помощью степенной функции (уравнение (1)). Таким образом, отношение усталостной прочности двух образцов разных размеров без надреза к площади их сильно нагруженной поверхности A или объему V можно описать с помощью параметра Вейбулла k st .{-\frac{1}{{\mathrm{k}}_{\mathrm{st}}}} $$

(1)

В данной работе используется принцип высоконапряженной области по Сонсино. Он описывает область как площадь поверхности, которая подвергается напряжению, превышающему определенную долю максимального напряжения, например, 90% [18]. Для пояснения в качестве индекса добавляется дробная часть, например, A 90% для сильно нагруженной площади поверхности, в которой все части поверхности с максимальным главным напряжением (относительно величины) выше или равным 90% суммируются максимальные напряжения.

В настоящее время эффект статистического размера фактически учитывается при оценке усталостной долговечности.{-\frac{1}}{k_{\mathrm{st }}}} $$

(2)

Здесь k st — значение показателя Вейбулла для группы материалов.

Влияние статистического размера сварных швов

В настоящее время было проведено множество исследований влияния статистического размера сварных швов. Kreuzer [20] провел испытания стальных листов с различной длиной сварного шва. Длина сварного шва и количество сварных швов на образец варьируются. Можно обнаружить снижение усталостной прочности в зависимости от длины сварного шва.

Сонсино [21] объясняет различную усталостную прочность сварных труб с наибольшим нагруженным объемом.Он смоделировал выступы сварных швов с помощью средних значений измеренных радиусов выступов сварных швов и обнаружил снижение усталостной прочности с увеличением сильно нагруженного объема.

Используя аналогичный подход, Waterkotte et al. достигли показательного улучшения оценки усталостной долговечности сварных металлокерамических компонентов в концепции напряжения надреза. [22].

Störzel и др. [23] используют линейный интеграл I L напряжения вдоль сварного шва, чтобы учесть длину сварного шва с высоким напряжением для тонких листов ( t  ≤ 5 мм).В других исследованиях тонких листов Bruder et al. [24] и Baumgartner et al. [25] установлено, что как сильно напряженный объем, так и сильно напряженная длина могут использоваться для рассмотрения статистического размерного эффекта, и в обоих исследованиях применим один и тот же показатель Вейбулла. Фрике и др. [26] применили последний подход к чрезвычайно малым сильно нагруженным участкам, чтобы использовать подход напряжения надреза. Здесь эффект статистического размера может объяснить, что критическое место отказа, определенное в рамках моделирования конечных элементов, не идентично месту отказа компонента в испытаниях на усталость.Каффенбергер [27] представляет концепцию, которая объединяет эффект микроподдержки Нейбера и эффект статистического размера в виде поверхностного интеграла.

Во всех этих исследованиях эффектов статистического размера в сварных швах используются различные методы для оценки характерной области сильного напряжения: сильно напряженные объемы, поверхности и длины сварного шва, каждый из которых использует интегральные подходы напряжения или 90% максимального напряжения в качестве пороговое значение. Эти исследования привели к различным значениям показателей Вейбулла сварных компонентов, как указано в таблице 1.

Таблица 1 Подборка показателей Вейбулла для сварных швов из литературы

Текущее состояние

Изучение литературы показывает, что эффект статистического размера можно обнаружить не только в несварных компонентах, но и в сварных. Чтобы учесть эффект статистического размера при оценке усталости и определить характеристическое значение для области с высоким напряжением в компоненте, требуется локальный подход (например, подход напряжения надреза).

При использовании единого эталонного радиуса в методе напряжения надреза полям напряжений, перпендикулярным сварному шву в критических областях стыков и корней шва, присваиваются аналогичные характеристики, что делает их сопоставимыми.В этом случае не имеет значения, используется ли объем, поверхность или длина для оценки статистического эффекта размера для сварных швов. Показатель степени функции должен быть очень похож во всех случаях. Это подтверждается Bruder et al. [24] и Baumgartner et al. [25].

Таким образом, должно быть адекватно использовать длину сварного шва с высоким напряжением вместо объема или поверхности с высоким напряжением, как это предлагается в [23]. Это также отражает линейный характер сварного шва, и, как и в случае с сильно напряженным объемом или сильно нагруженной поверхностью, метод требует последующей обработки в рамках моделирования методом конечных элементов, поэтому авторы отдают предпочтение длине сварного шва с высоким напряжением L 90 % .

Кроме того, предполагается, что степенная функция, как в уравнении. (1), применим для преобразования между двумя различными большими сильно напряженными областями.

Должна быть возможность учитывать эффект статистического размера, подобный уравнению.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.