Остаточные напряжения и деформации

Определение изгиба балки, возникающего от продольных поясных швов и поперечных угловых швов, приваривающих ребра жесткости. Прогиб от продольных и поперечных швов. Продольное укорочение балки при полной сборке двутавра на прихватках и последующей сварки.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Размещено на

Введение

В процессе изготовления машиностроительных конструкций в них возникают остаточные напряжения, которые снижают срок эксплуатации конструкции и могут привести к преждевременному выходу из строя. Операция снижения остаточных напряжений является одной из наиболее трудновыполнимых и требует больших материальных затрат. В инженерной практике применяют многочисленные способы уменьшения напряжений, непрерывно совершенствуют и разрабатывают новые методы. Один из таких методов - вибрационный метод снятия остаточных напряжений и деформаций, основанный на обработке изделий в резонансном режиме, переменными напряжениями, достаточными для упругопластических деформаций металла. В отличие от других методов, высокая эффективность и экономичность вибрационного старения обеспечивается независимо от марки конструкционного материала. По производительности и простоте процесса вибрационное нагружение в большинстве случаев имеет преимущества перед другими методами и соответствует основным требованиям, предъявляемым к применяющимся в практике средствамI снижения напряжений. К сожалению, применение этого метода сильно ограничивается недостаточной изученностью процессов, происходящих в материале в процессе виброобработки. Остаются неопределенными оптимальные условия закрепления, точка приложения и величин; возмущающей силы, время обработки изделий. Сегодня эти вопросы решаются на основании экспериментальных исследований, что зависит от личного опыта экспериментатора, при ошибках которого обработка оказывается недостаточно эффективной и часто приводит к негативному результату (образование трещин, разрушения конструкций). Поэтому разработка надежных расчетных методов для выбора рациональных параметров вибрационных изделий является актуальной и практически важной научно - технической проблемой, решение которой позволит повысить технико-экономические показатели процесса вибрационного старения создать эффективные технологии и оборудование для вибрационной обработки.



Задание на ККР

В качестве объекта исследования по оценке возможных сварочных деформаций выбрана конструкция средней сложности: сварная двутавровая балка с ребрами жесткости (рис. 1). Двутавровая балка сделана из стали 09Г2, имеет длину 4000 мм, толщину стенок и полок 8 мм, Количество пар ребер 3. Способ сварки ручная дуговая сварка РДС, высота балки составляет 400 мм, ширина верхней полки 400 мм, нижней полки 500 мм.

а)

б)

Рисунок 1 - Двутавровая балка

двутавр балка сварка



1. Прогиб от продольных швов

Суммарный прогиб от продольных швов будет равен (с учетом знака):

где где - эксцентриситеты приложения усадочных сил; Ix - момент инерции сечения двутавровой балки.

ус будет равен:

где - статические момент каждой фигуры, - площадь каждой фигуры.

Площадь фигуры равна:

F = d•b (3)

Подставим в уравнение (3) данные из задания получим:

F1 = 40 х 1,4 = 32 см² (4)

F2 = 38,4 х 1,4 = 31см² (5)

F3 = 50 х 1,4 = 40 см² (6)

Статический момент для каждой фигуры будет равен:

Sx = F•a (7)



Подставим значения (4), (5), (6) соответственно в уравнение (7) получим:

Подставим уравнения (4), (5), (6), (8), (9) и (10) в уравнение (2) получим:

Момент инерции сечения двутавровой балки будет равен:

Момент инерции каждой фигуры будет равен:

Подставим значения из уравнений (4), (5), (6) соответственно и значения из задания в уравнение (13) получим:

Подставим (14), (15) и (16) в уравнение (12) получим:

Определяем по формуле:

где Spacч - расчетная толщина соединения при сварке (Sрасч =1,5 см), q - эффективная тепловая мощность дуги Дж/сек, х - скорость сварки см/сек.

где - экспериментальный коэффициент наплавки для сварки РДС ; - площадь наплавки.

Площадь наплавки равна:

где - катет углового шва (=8 мм).

Подставим значение катета углового шва в уравнение (20) получим:

Подставим (21) и значение экспериментально коэффициента в (19) получим:

Подставив (22) и расчетную толщину в уравнение (18) найдем:

Найдем усадочную силу к верхней полки



где <гт - предел текучести для заданной стали он равен 310 МПа, ев - эксцентриситет усадочной силы к верхней полки (ев ~ 21,1).

Подставим все данный в уравнение (24) получим:

Найдем усадочную силу к нижней полки

где уT - предел текучести для заданной стали он равен 310 МПа; ев - эксцентриситет усадочной силы к верхней полки (ен ~ 18,1).

Подставим все данный в уравнение (24) получим:

Подставим все найденные значения с учетом знака в уравнение (1) получим:



2. Прогиб от поперечных угловых швов при приварке ребер жесткости

Необходимо найти угол излома балки ц от приварки одной пары ребер горизонтальными и вертикальными швами:

где - поперечная усадка полки от одного шва к3 (как определять показано в [1] (=0,05)); - статический момент площади верхнего пояса, к которому приваривается ребро жесткости.

Подставим (8), (17) в уравнение (31) найдем:

Четыре вертикальных угловых шва к3, приваривающих два смыкающихся ребра жесткости вызывают угловой излом

где Slx - статический момент площади сечения стенки, где расположены вертикальные швы

Подставим (9), (17) в уравнение (33) получим:

Суммарный излом балки ц от одной пары ребер равен:



Подставим (33), (34) в уравнение (35) получим:

Прогиб балки от приварки всех ребер жесткости определяется по формуле:

где t - шаг между ребрами (t = 80 см).

Подставим (36) в уравнение (37) получим:

Суммарный прогиб будет равен с учетом знака:

3. Продольное укорочение балки

двутавр балка сварка

Продольное укорочение балки от сварки поясных швов:

где F - площадь поперечного сечения двутавровой балки двутавровой балки.

Подставим найденные выше значения в уравнение (40) получим:

Продольное укорочение балки от приварки ребер жесткости от одной пары ребер:

где Fn площадь поперечного сечения верхней полки; дС - толщина стенки.

...