Надежность и стабильность сварных конструкций

Коэффициент является функцией от (рис. 3).

Рис. 4 – Функция ψ’ (α).

 

.

По рис.4 равен 2,31.

Однако для сталей классов С 44/29 – С 85/75 значения коэффициента следует умножить на отношение 210/R, где R – расчетное сопротивление, МПа (для Ст3 R=210МПа).

Момент инерции балки  относительно оси у  равен:

Вычисленный по формуле  коэффициент  корректируем следующим образом (табл.2).

 

Корректировка коэффициента

Таблица 2

	0,85…1,0	1,0…1,25	1,25…1,55	1,55 и более
	0,85	0,9	0,96	1,0

 

По табл. 2 соответствует .

Проверяем напряжения в  изгибаемой балке с учетом требований обеспечения общей устойчивости :

Отдельно элементы балки  могут терять местную устойчивость под действием напряжения сжатия .

Местная устойчивость сжатых поясов обеспечивается условием:

Условие местной устойчивости выполняется.

Местная устойчивость вертикального  листа в балке при отсутствии сосредоточенных перемещающихся сил обеспечивается условием:

,

где , предел текучести для стали марки Ст3

,

Местная устойчивость вертикального листа не обеспечена.

В вертикальных листах потеря устойчивости может быть вызвана комбинацией нормальных сжимающих и касательных напряжений. Касательные напряжения вызывают в диагональных сечениях нормальные сжимающие и растягивающие напряжения

При наличии сосредоточенных перемещающихся сил условие обеспечения устойчивости вертикального листа:

Это условие так же не выполняется .

Для повышения устойчивости балки следует установить ребра  жесткости и уменьшить расстояние между ними. Ширину ребра принимают:

По ГОСТ 19903-74 принимаем b_р=90мм

Толщину ребра принимаем:

Толщину листа принимаем .

Помимо основных ребер  жесткости иногда ставят укороченные ребра треугольного очертания.

 

10. Конструирование и расчет сварных соединений [1]

 

Горизонтальные и вертикальные листы соединяются поясными швами. Они выполняются, как правило, угловыми и лишь для ответственных конструкций  при действии переменных нагрузок – с подготовкой кромок. В поясных швах балок, работающих на поперечный изгиб, возникают связующие нормальные напряжения и рабочие касательные напряжения . В швах с катетом и коэффициентом формы шва касательные напряжения определяются по формуле:

,

где - статический момент площади пояса относительно тяжести сечения.

При сварке конструкций, у которых  , принимают

Швы, приваривающие ребра жесткости, как правило, не рассчитываются. Они выполняются угловыми с катетом . Эти швы в опорных сечениях, а также в местах приложения сосредоточенных сил выполняются непрерывными. Ребра жесткости вне опорных сечений в наиболее напряженных волокнах растянутой зоны иногда не приваривают.

Расчет прочности сварных стыков балок производится обычно на изгиб по формуле:

,

где - допускаемое напряжение на сварном шве при растяжении.

Согласно ГОСТ 19903-74 предельные размеры листового проката для толщины 10 мм и ширины 1400 мм, длина равна 2000-6000 мм; для толщины 10 мм и ширины 350 мм, выбираем длину листа 2000 мм. Таким образом сварная балка длиной 22м состоит из 2 листов 10*1400*7000, 1 листа 10*1400*6000 и 2 листов 15*350*2000.

Рис.5-расположение швов сварной балки.

 

11. Конструирование и расчет опорных частей [1]

 

Опорные части балок  для обеспечения шарнирности  опирания конструируют в форме выпуклых плит (рис. 5).

 

Рис. 6 – Конструкция опорной части балки.

 

На одной из опор балка  имеет продольную подвижность. На другой она закреплена болтами. Ширина опорной  плиты рассчитывается по формуле:

,

а длина:

Плиты изготовляют стальными. Радиус цилиндрической поверхности Толщина плиты на оси определяется из условия прочности при работе на изгиб. Изгибающий момент по оси плиты от реактивных распределенных усилий определяется по формуле:

Момент сопротивления сечения  плиты, ослабленной отверстиями, определяется из соотношения:

 

 

Толщина плиты:

 

Где d=30 диаметр болта, соединяющего балку и опору.

 

 

12.Расчет и проектирование подвижного опорного узла [1]

 

 

Рис. 7-Конструкция подвижного опорного узла балки.

 

1. d – диаметр болта в нашем случае d =30 мм
2. α- коэффициент линейного расширения
3. ΔТ – конструкционный диапазон температур
4. l- пролет балки
5. W-момент сопротивления сечения балки
6. М_ср – средний изгибающий момент
7. С- добавка(10 мм)

 

Общая длина паза равна : приращением L от действия изгибающего момента, от колебания Т°, а также включает в себя d болта и припуск (на всякий случай).

 

 

Где,

λ≈10÷12;

∆Т – колебания  температуры среды (100°С);

С=10мм;

Е= - модуль упругости

Определяем  :

 

М_ср=

 

    ;    

 

Определяем  :

 

=

 

Однако, эта формула  представлена в литературе включая  в себя величину С, как некий запас. Но совсем не учитывает явления автовибрации, который как и температурный  фактор  приводит к колебанию  длины L. Но в формулу введен дополнительный член .

 

Определяем  :

  ;

=

 

 

Определяем С: С=14,5+12.2+10+30+52,8=119,5

 

 

 

13.Лабораторный практикум [1]

 

Ознакомление с технологией мониторинга сохраняемости геометрии сварных СС и окружающей среды.

Цель работы: изучить методику оценки сохраняемости геометрии и среды. В условиях аудитории 1401 с 30.03.12 по 11.05.12.

Приборы для  исследования:

1. Деформометр съемного  типа с переменной базой конструкции МГТУ (1971 г.) (рис.2). 2. Прибор для контроля уровня радиационного фона марки РКСБ-104 (Белоруссия, БЕЛМАЗ, см. рис. 3).

 

Методика проведения лабораторной работы. 

1. Ознакомление и эскизирование. (допускаются современные методы копирования).

2. Ознакомиться с работой  деформометра и прибора РКСБ  в рабочем  режиме на образцах-имитаторах.

3. Записать № измеряемых  образцов и деформометров (заводской  № на корпусе индикаторных  головок). Примечание:

а) Категорически запрещается  трогать узлы резьбовых соединений, крепления головки и подвижной ножки, и прочее, во избежание нарушения показаний микрометра и других подводных частей;

б) Особое внимание обратить на сварные узлы крепления шаровых  опор диаметром 2 мм на ножках деформометра. Для предотвращения соударения шариков с поверхности стола или образца предусмотрена мягкая поролоновая прокладка. Прибор должен находится только либо в руках измерителя, либо на поролоне.

4. Записать шкалу измерений  (красная или черная). Цена деления  по большой шкале равна 10 мкм = 0,01 мм, по малой (практически не используется) – 1 мм.

5. Записать 0 отсчет на  каждом образце показания прибора  и на малой шкале.

6. Взятые для мониторинга  7 образцов «паспортизируются» с  лицевой (№ без штриха) и обратной (№ со штрихом) стороны. Для этого деформометр ставится на сверления (базы) образца, записывают показания (обоих шкал), данные заносятся в таблицу с отметкой времени начала замера на каждом образце с точностью до минуты. Далее проводится измерения с обратной стороны. Таких циклов измерения проводится по 3 на каждом образце, но только не сразу, а в цикличном порядке: сначала измеряется с лицевой и обратной стороны все образцы, затем все повторяется. Достаточно отметить время начала измерений.

Примечание: необходимо соблюдать одинаковые условия измерений по max возможным; помимо порядка измерения образцов необходимо соблюдать идентичность расположения прибора в руках измерителя. Схему измерения записать. В том числе и расположения членов бригады, а тем более стол.

7. Один студент из группы проводит измерения расположения фона согласно м/у А4-29.

Контролируются параметры  сварного соединения  Материал образцов -низкоуглеродистая сталь. Размеры 150x50x2 мм. На каждом образце для оценки геометрической нестабильности просверлены отверстия ("реперные точки").

Замеры проводятся с помощью механического деформометра съемного типа конструкции МВТУ , с переменной базой измерения линейной деформации. Рабочий ход (измеряемая база) - до 200 мм. Коэффициент усиления деформометра К_д≈1,5. Цена деления-0,01 мм =  10 мкм. Точность измерения - 5 мкм.

Замеры проводятся следующим  образом. В специально фиксируемое  время шаровые опоры деформометра устанавливаются на «реперные точки» с лицевой стороны, обозначенной номером образца (например, образец 20). После снятия показаний этот образец переворачивается на обратную сторону, обозначенную номером образца со штрихом (образец 20'), и снова проводится замер с помощью деформометра.

Проделав  такую же операцию со вторым образцом, полученные в шкале реального времени, привязанной к датам измерений, результаты, а также данные по колебаниям температуры окружающей среды (в аудитории 1401) во время замеров следует записать в протокол эксперимента.

                                          

 

 

 

Приложение. [1]

 

В данной курсавой работе , при расчете и проектирование подвижного опорного узла были взяты данные из лабораторного практикума на тему “Мониторинг нестабильности”. Цель данной лабораторной работы – замерить автовибрации , которые необходимо учитывать для обеспечения сохраняемости и безопасности ответственных конструкций общего и специального назначения.

Мониторинг сохраняемости  геометрии сварного соединения

 

Рис. 8. Образец с имитацией сварного соединения

Контролируются параметры  сварного соединения (образцов в виде полос с имитацией продольного шва, выполненного шовной сваркой - рис. 9, образец 20). Материал образцов -низкоуглеродистая сталь. Размеры 150x50x2 мм. На каждом образце для оценки геометрической нестабильности просверлены отверстия ("реперные точки").

Замеры проводятся с помощью механического деформометра съемного типа конструкции МВТУ (рис. 10), с переменной базой измерения линейной деформации. Рабочий ход (измеряемая база) - до 200 мм. Коэффициент усилениядеформометраК_д≈1,5. Цена деления-0,01 мм =  10 мкм. Точность измерения - 5 мкм.

Замеры проводятся следующим  образом. В специально фиксируемое  время шаровые опоры деформометра устанавливаются на «реперные точки» с лицевой стороны, обозначенной номером образца (например, образец 20). После снятия показаний этот образец переворачивается на обратную сторону, обозначенную номером образца со штрихом (образец 20'), и снова проводится замер с помощью деформометра.

 

 

 

 

Рис. 9. Деформометр:

1. - испытуемый образец;
2. - индикаторная головка часового типа;
3. - корпус деформометра;
4. — подвижная консоль деформометра;
5. - шаровая опора (с приваренным стальным шариком 02,1 мм)

                      Оценка сохраняемости геометрии сварного соединения (СС)

Сохраняемость является одним из основных показателей качества и надежности изделий, материалов и их соединений. В ходе эксперимента в аудитории 1401 геометрия образцов изменялась и под воздействием других факторов (температуры в помещении, радиационного фона и т.д.), что также вызывало определенные трудности при традиционной оценке сохраняемости геомегрии СС. Из анализа кривых 1 и 2 видно, что даже на одном и том же образце, измеряемом одним оператором и тем же деформометром, амплитуда колебаний резко меняется.. Этапы "стабильности" (участки кривых "а" и "б") сменяются резкими скачками, достигающими по величине 17мкм (ε = =1,7х10"⁴) за 30 секунд (кривая 2, замеры около 14 ). За 1.2 месяца поведение образца изменилось коренным образом. Амплитуда колебаний заметно возросла (более чем в 2 раза), соответственно и число "стабильных" участков сократилось.