Рациональные формы поперечных сечений при изгибе Расчет сварных соединений Совместное действие изгиба и растяжения или сжатия. Расчет балок переменного сечения. Теорема Кастильяно. Способ сравнения деформаций

Сопромат курс лекций Примеры, задачи

Расчет сварных соединений.

При изготовлении металлических конструкций часто применяется сварка с помощью электрической дуги.

Впервые электрическая дуга была открыта русским ученым проф. В. В. Петровым в 1802 г. Обнаружив плавление металла в пламени полученной им электрической дуги, проф. Петров указал на возможность использования этого явления в технике. Однако электрическая дуговая сварка была изобретена лишь в конце XIX века русскими инженерами Н. Н. Бенардосом (1882 г.) нашим земляком и Н. Г. Славяновым (1888 г.) и получила впоследствии широкое распространение во всем мире.

Сущность электросварки по методу Славянова заключается в том, что, расплавляя электрической дугой материал электрода (сталь), заполняют им стык соединяемых элементов, также прогреваемых дугой до температуры плавления. В результате, после остывания расплавленного металла, образуется шов, прочно соединяющий стыкуемые элементы. Схема сварки показана на Рис.1. Электрическая дуга горит между металлическим электродом и свариваемым металлом, расплавляя электрод и кромки соединяемых элементов металла, между которыми образуется так называемая сварочная ванна.



Рис.1. Технологическая схема сварки.

Для защиты плавящегося металла от попадания вредных включений из окружающего воздуха на поверхность электрода наносится толстая защитная обмазка, выделяющая при плавлении электрода большое количество шлака и газов, благодаря чему плавящийся металл изолируется от окружающего воздуха. Вид балки в фасаде и плане. Такое очертание балки получается, если учитывать ее прочность только по отношению к нормальным напряжениям; ширина в сечении В обращается в нуль.

Этим обеспечивается высокое качество металла сварного шва, механические свойства которого могут резко ухудшиться под влиянием кислорода и азота воздуха (при отсутствии обмазки или при тонкой обмазке). С той же целью автоматическая сварка производится под слоем флюса, защищающим плавящийся металл от попадания кислорода и азота воздуха.

При правильном выборе конструкции соединений, материалов и технологии сварки сварные соединения по надежности не уступают заклепочным при действии как статических, так и динамических нагрузок (в том числе ударных и знакопеременных). В то же время электросварка имеет ряд преимуществ перед клепкой, из которых важнейшими являются меньшая трудоемкость сварочных работ и отсутствие ослабления сечений соединяемых элементов отверстиями. Это дает значительную экономию средств и металла, помимо экономии, получаемой за счет большей компактности соединений. Большие экономические выгоды, приносимые электросваркой, и даваемое ею упрощение конструкций привели в последнее время к постепенному вытеснению заклепочных соединений сварными. Разрезы PАЗPЕЗОМ называется изобpажение пpедмета, мысленно pассеченного одной или несколькими плоскостями. Hа pазpезе показывают то, что получается в секущей плоскости и что pасположено за ней. Таким обpазом, pазpез состоит из сечения и вида части пpедмета, pасположенной за секущей плоскостью.

Значительное развитие электросварка получила в СССР благодаря трудам советских ученых Патона, Вологдина, Никитина, Хренова и др., разработавших новые методы сварки, обеспечивающие высокую прочность соединений.

Методы расчета сварных соединений тесно связаны с технологией сварки, причем для многих видов соединений расчет носит весьма условный характер. Вообще методику расчета сварных соединений нельзя еще считать установившейся.

Что касается норм допускаемых напряжений для материала швов, то они принимаются различными в зависимости от способа сварки (ручная и автоматическая), а также от состава и толщины защитной обмазки электродов.

В таблице приведены допускаемые напряжения для сварных швов в конструкциях из стали марки ст. 3 по существующим нормам.

Таблица. Допускаемые напряжения при сварке.

При проверке прочности сварных швов учитывается возможный непровар в начале шва и образование кратера в конце. Поэтому расчетная длина шва принимается меньшей, чем действительная или проектная на 10 мм.

Составные балки и перемещения при изгибе Понятие о составных балках.

Дифференциальное уравнение прямого изгиба призматического стержня Определено, что мерой деформации призматического стержня при прямом чистом изгибе является кривизна нейтрального слоя.

Простейшие варианты статически определимых однопролетных балок и соответствующие граничные условия показаны на рис. 3.

Напряжения и деформации при кручении стержней кругового поперечного сечения Кручением называется такой вид деформации, при котором в поперечном сечении стержня возникает лишь один силовой фактор — крутящий момент Мz.

Выведем формулу для касательных напряжений при кручении призматического стержня кругового поперечного сечения.

Мерой деформации стержня при кручении является погонный угол закручивания стержня, определяемый по (3).

Расчет валов Рассмотрим расчет вала на прочность и жесткость.

Практические примеры расчета на сдвиг. Заклепочные соединения.

Из этого условия можно определить необходимый диаметр заклепок, если задаться их числом, и наоборот.

Расчет заклепок на смятие и листов на разрыв. Помимо среза заклепкам и соединяемым листам в конструкции угрожают и иные опасности.

В несколько других условиях будут работать заклепки соединения, показанного на Рис.2а. Здесь стык двух листов осуществлен при помощи двух накладок.

Наличие заклепок вносит некоторые изменения и в проверку прочности на растяжение или сжатие самих склепанных листов.

Моменты инерции сечений сложной формы

Момент инерции сечения сложной формы относительно некоторой оси равен сумме моментов инерций его составных частей относительно той же оси:

, (13)

что непосредственно следует из свойств определенного интеграла. Таким образом, для вычисления момента инерции сложной фигуры надо разбить ее на ряд простых фигур, вычислить моменты инерции этих фигур, а затем просуммировать их.

Пример.

Определить момент инерции сечения, показанного на рис. 4.12, относительно оси симметрии, a=10 см.

Рис.4.12

Решение.

Разбиваем заданное сечение на простейшие элементы: I - Равнобедренный треугольник, II - прямоугольник, III - круг.

Момент инерции сложной фигуры относительно оси z согласно формуле (13):

.

Определяем моменты инерции слагаемых простейших элементов:

Для равнобедренного треугольника:

;

для прямоугольника согласно формуле:

;

для круга согласно формуле:

.

Окончательно получим:

Iz=4,0a4+10,67a4-0,0491a4=14,6a4=14,6×104=1,46×105 см4.


Сопромат Расчет балок переменного сечения