Выбор и обоснование металла сварной конструкции

Выбор и обоснование производить с учетом следующих требований:

- обеспечение прочности и жесткости при номинальных затратах на изготовление с учетом максимальной экономии металла и снижения массы сварной конструкции;

- гарантированное условие хорошей свариваемости при минимальном разупрочнении и снижении пластичности в зонах сварных соединений;

- обеспечение надежности эксплуатации конструкции при заданных нагрузках, агрессивных средах и переменных температурах.

 - предоставить в курсовом проекте примеры марок сталей относящихся к группе стали выбранной для проектирования сварной конструкции.

Обосновав выбор марки стали, необходимо указать химический состав и механические свойства стали в форме таблицы 1.2.1.  и таблицы 1.2.2. соответственно

 

Таблица 1.2.1. Химический состав стали

 

Марка стали	ГОСТ	Содержание элементов, %
		C	Mn	Si	Cr

 

Таблица1.2.2. Механические свойства стали

                                              

Марка стали	ГОСТ	Временное сопротивле-ние разрыву, [σв ] МПа	Предел текуче-сти,σ0,2 МПа	Относи-тельное удлине-ние, %	Ударная вязкость, мДж/м^2

       1.3 Расчет и конструирование балки

Изображаем расчетную схему балки с учетом задания на проектирование, заполнить таблицу 1.3.1.

     Rа                    L                                          

 

                  L1

Ма

                               F                 F

 

             А          В                С

 

 

Таблица1.3.1. Сбор нагрузок балки

 

F kH	АС м	АВ м	ВС м

           

       1.3.1.Определяем реакции опор

-сумма сил в точке А

∑F_А=0 кН                                                                        (1.3.1.1.)

- суммарная силы действующие на балку

∑F_А=-F-F+R_A=0 кН                                                        (1.3.1.2.)

- откуда реакция опоры относительно точки А на действующее усилие

R_A=F+F=2F kH                                                               (1.3.1.3.)

- сумма моментов в точке А

∑M_A=0 кН*м                                                      (1.3.1.4.)

- сумма моментов относительно точки А

∑M_А= F*AB+F*AC, кH·м                                            (1.3.1.5.)

- сумма моментов относительно точки В

∑M_В= R_A* AB + F*ВC - M_А, кH·м                                         (1.3.1.6.)

       где F, АВ, АС, ВС - значения из таблицы 1.3.1.

           

Определяем поперечные силы

Q (в-с) = F, kH                                                               (1.3.1.7.)

Q (а-в) = F+F, kH                                                          (1.3.1.8.)

           

Определяем изгибающий момент

Мизг. в = -F*BC, kH·м                                                (1.3.1.9.)

Мизг. а= -F*АВ-F*AC, kH·м                                                 (1.3.1.10.)

       где F, АВ, АС, ВС - значения из таблицы 1.3.1.

           

Строим эпюры поперечных сил и изгибающих моментов.                                                                                                                                                                             

 

Указываем, в какой точке будет максимальный нормативный изгибающий момент М_max,  кН^.м.

 

       1.3.2. Подбор сечения балки

 

       Определяем требуемый момент сопротивления сечения балки с учетом развития в ней пластических деформаций при работе на изгиб Wтр, см³

 

Wтр = см³                                                                   (1.3.2.1.)

заполнить таблицу 1.3.2.

        

Таблица 1.3.2. Требуемый момент сопротивления сечения балки

 

Мmax kH	[σв ] МПа	Wтр см^3	Wтр/2 см^3

 

       Из ГОСТ 8240-89 Швеллеры стальные горячекатаные. Сортамент подбираем размеры профиля по рассчитанному Wтр /2

       В пояснительной записке заполнить таблицу 1.3.3.

 

Таблица 1.3.3. Размеры выбранного сечения балки

 

№ швеллера	h мм	b мм	s мм	t мм	Wпр см^3	Масса 1 пог. м. швеллера, g кГ/м

           

       1.4. Определение коэффициента запаса прочности (проверочный расчет элементов сварной конструкции)

       1.4.1 Изображаем схему нагрузки балки

                                                                g

          Rа                L

 

                  L1 F             F

Ма

                                   

                                                        

               А       В               С

                                                                

 

 

       Определяем поперечную силу, строим эпюру поперечных сил

-сумма сил в точке С

F _С^р =F, Кн                                                                      (1.4.1.)

-сумма сил в точке B на участке В-С

F _В ^{р в-с}=F+ 2*g *ВС /100, кН                                                    (1.4.2.)

-сумма сил в точке B на участке А-В

F _В ^{р а-в}=F+ 2*g *АВ/100+F, кН                                                (1.4.3.)

-сумма сил в точке A

F_А ^р=2F+2*g *АС/100, кН                                                        (1.4.4.)

 

       Определяем изгибающий момент, строим эпюру изгибающих моментов   

 

M _{Р А}= -F*AB - F*AC – 2*g*АС² /(2*100), kH·м                                (1.4.5.)

М _{Р Б}= -F*BC -2* g*ВС² /(2*100), kH·м                                               (1.4.6.)

 

       где F кН, АВ, АС, ВС, м - значения из таблицы 1.3.1.

         g – вес 1 пог. м балки кГ/м значения из таблицы п. 1.3.3

           

       Определение запаса прочности

σ =  * 1000, Мпа                                                     (1.4.7.)

 

n =  = (0,95...1,05)* [σ_в ]                                           (1.4.8.)

 

В пояснительной записке чертим эскиз балки с указанием всех размеров

 

     100

 

 

           b

 

 

                

              100        h                                       30

 

Определяем вес балки

                                            Q = Q_балки + Q_{основания} , кг                               (1.4.1.9)

                                                          Q_балки = 2*g * L, кг                                              (1.4.1.10)

                                                         Q_{основания} = . кг                                        (1.4.1.12)

       где

       Q_балки – вес балки, кг

       Q_{основания} – вес основания, кг

       g - масса 1 пог. м. профиля, кГ/м

       L – длина балки, м

       V = (h+20)*(b+20)*3,см – объем основания

ρ– плотность металла, принятая для углеродистых и низколегированных сталей равной 7,85 г/см3;

 

Расчет сварных швов

       1.5.1.Определить вид сварного соединения в соответствии с ГОСТ 14771-76

       В связи с тем что стыковые швы не нагружены растягивающим усилием производим расчет угловых швов приварки рассчитанного профиля к пластине.

 Строим схему нагрузки швов

 

                                                                                     

                   L лоб     F_А ^р 

                                                                                    M ^р_А        

 

       L _ФЛ                           

 

 

       Определяем длину лобовых и фланговых швов

 

L лоб. ш. в см.

L _{ФЛ Ш.}  в см.

           

К_ш =  6* М _max * L лоб. ш +2* F_max * L² _{ФЛ Ш.}

                                                       1,4* L² _{ФЛ Ш.} * L лоб. ш*[ _СР ]                                     (1.5.1.1.)

           

где К_ш –катет шва, в см

        [ _СР ]- допустимое напряжение в шве на срез [ _СР ] = 0,65 * σ_В

 

Катет шва выбираем в соответствии с рекомендациями таблицы 1.5.1

 

Таблица 1.5.1. Минимальные катеты угловых сварных швов

 

Вид соединения	Предел текучести стали	Толщина более толстого из свариваемых элементов, мм
		4-5	6-10	11-16	17-22	23-32	33-40	41-80
Тавровое соединение с двусторонними угловыми швами, выполненное ручной сваркой, Нахлесточное и угловое, выполненое ручной сваркой	<430 (4400)	4	5	6	7	8	9	10
	430-530 (4400-5400)	5	6	7	8	9	10	12
То-же выполненое автоматической и полуавтоматической сваркой	<430 (4400)	3	4	5	6	7	8	9
	430-530 (4400-5400)	4	5	6	6	7	8	9
Тавровое соединение с односторонними угловыми швами, выполненное ручной сваркой.	<380 (3900)	5	6	7	7	8	9	10
То-же выполненое автоматической и полуавтоматической сваркой	<380 (3900)	4	5	6	8	9	10	12

           

       Так-как на швы действует изгибающий момент  и сила  уравнение прочности шва

= +  < [ _СР ],                                                  (1.5.1.2.)

       где

                   W=  –момент сопротивления поперечного сечения шва, см²      (1.5.1.3.)

                   А= 2* К_ш * L лоб. ш. – площадь поперечного сечения шва, см²                                 (1.5.1.4.)

     .- максимальный нормативный изгибающий момент кН^.м (максимальный нормативный изгибающий момент кН^. м из эпюры моментов)

     Fmax – максимальная сила (из эпюры сил в кН)

     L _{ФЛ Ш} длина фланговых швов в см

     L лоб. ш длина лобовых швов в см

     К_ш –катет шва, в см

    [ _СР ]- допустимое напряжение в шве на срез [ _СР ] = 0,65 * σ_В

 

1.5.2. Определить вид сварного соединения и рассчитать площадь поперечного сечения сварного шва(вид сварного соединения определяется по ГОСТам 14771-76, 5264-80, 8713-79, площадь поперечного сечения сварного шва рассчитывается по таблицам).

 

Таблица 1.5.2. Конструктивные элементы сварного шва

 

№ п/п	Условное обозначение сварного соединения	Конструктивные элементы сварного шва мм		Площадь поперечного сечения сварного шва мм2 Fш
		подготовленных кромок свариваемых деталей               мм	шва сварного соединения мм

 

Определить количество проходов сварки шва.

                                                            n =  +1,                                                      (1.5.2.1.)

где

F_ш –общая площадь поперечного сечения шва, мм²

F1- площадь поперечного сечения шва первого прохода, мм²

F2- площадь поперечного сечения шва второго и последующих проходов, мм²

 

Таблица 1.5.3. Площадь поперечного сечения шва для расчета количества проходов сварки

 

№ позиции	Свариваемый материал	Толщина металла, мм, до
		10	100	10	100
		Площадь поперечного сечения, мм^2, до
		первого прохода		второго и последующих проходов
1	Углеродистая и низколегированные стали	10	30	40	50
2	Высоколегированные и легированные стали	10	30	40	50

 

2 Технологический раздел