Домашней контрольной работы

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

ДЛЯ СТУДЕНТОВ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ

ДОМАШНЕЙ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ

по дисциплине:

Расчет и проектирование сварных

конструкций

для специальности:

150203- «Сварочное производство»

Рассмотрено и одобрено на заседании ПЦК «Сварочное производство» Протокол №____от «__»_____2012г. Председатель ПЦК___________С.А.Мутагарова

УТВЕРЖДАЮ:   зам. директора по УР ________А.А.Хабибуллина   «____»__________2012г.

Автор: Файзрахманов Ф. Ф. – преподаватель НМК

Рецензенты:

Павлов В.П.– профессор кафедры «Сопротивления материалов» Уфимского государственного авиационного технического университета доктор технических наук Гаскарова Г.М. – преподаватель НМТ

ВВЕДЕНИЕ

Данные методические указания составлены на основе учебной программы для средних специальных учебных заведений по предмету "Расчет и проектирование сварных конструкций"

Изучение предмета является важным этапом в формировании специалиста техника-технолога сварочного производства.

В настоящее время не существует ни одной отрасли машиностроения и строительства, в которых бы не применялись сварные конструкции, причем, обьем производства их постоянно возрастает. Соответственно возрастает и потребность в квалифицированных специалистах для этой области. В функции техника-технолога входит не только разработка технологического процесса изготовления сварных конструкций, а непосредственное участие в их проектировании при обработке вопросов технологичности сварных конструкций. Кроме того, прочные знания по предмету помогут специалисту -технически грамотно решить многие производственные задачи, возникающие в процессе изготовления сварных конструкций.

Предмет содержит сведения о материалах, применяемых для изготовления сварных конструкций и методах расчета сварных соединений на прочность и выносливость; охватывает вопросы рационального проектирования и принципы расчета конкретных металлоконструкций.

Глубокое и полное усвоение учебного материала предмета "Расчет и проектирование сварных конструкций" базируется на знаниях, полученных по математике, сопротивлению материалов, металловедению и конструкционным материалам, черчению. Изучаемый предмет логически связан с дисциплинами профилирующего цикла: "Технология изготовления сварных конструкций", "Контроль качества сварных соединений", "Технология и оборудование сварочного производства" и другими.

В результате изучения предмета учащиеся должны знать:

-материалы, применяемые для изготовления сварных конструкций;

-расчетные сопротивления и допускаемые напряжения основного металла и металла шва;

-механические свойства сварных швов при различных видах нагрузок и различных температурах;

-методы расчета сварных конструкций;

-конструктивные требования, предъявляемые к сварным швам и конструкциям;

а также уметь:

-пользоваться нормативной и справочной литературой;

-правильно выбирать материал для изготовления сварной конструкции;

-производить расчеты сварных соединений на прочность и выносливость; -производить конструирование и расчет основных видов сварных конструкций.

ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Цель методических указаний - помочь учащимся в изучении и систематизации знаний по данному предмету. Основным методом изучения в предмете является самостоятельная работа, которая должна быть обязательно систематической и производится в последовательности, предусмотренной программой предмета. Согласно учебному плану учащиеся выполняют одну домашнюю контрольную работу. Контрольную работу рекомендуется выполнять после изучения всего материала. В процессе самостоятельной работы над предметом для прочного усвоения теоретических положений и приобретения первичных навыков расчета сварных конструкций рекомендуется вести конспект, в котором должны быть отражены основные теоретические положения и решены типовые задачи.

В данных методических указаниях используется система обозначений индексов буквами русского( а не латинского ) алфавита, принятая в справочной и научно-технической литературе по строительству и машиностроению и понятная широкому кругу учащихся. Это не противоречит СТ СЭВ 1565-79 "Нормативно- техническая документация в строительстве. Буквенные обозначения", так как этот стандарт не распространяется на учебную и научно-техническую литературу. Но в отдельных учебниках, стандартах используется схема обозначений в соответствии со СТ СЭВ 1565-79. Поэтому, чтобы при использовании такой литературы учащиеся не испытывали затруднений, в приложении 1 настоящих методических указаний (табл.1) приведено обозначение величин в соответствии с упомянутым стандартом и СНиП II-23-8I. При выполнении вычислений необходимо следить за тем, чтобы единицы измерения физических величин, входящих в формулы, были согласованы между собой и соответствовали Международной системе единиц (СИ).

Расчетные формулы, приведенные в методических рекомендациях к решению задач, и входящие в них коэффициенты преобразованы к виду, пригодному для использования, размерность всех параметров согласована.

ЗАДАНИЯ НА КОНТРОЛЬНУЮ РАБОТУ И МЕТОДЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЕЁ ВЫПОЛНЕНИЮ

Вопрос.

1. Объясните достоинства и недостатки сварных металлических конструкций.

2. Объясните перспективы развития сварных конструкций.

3. Дайте классификационную характеристику сварных конструкций, применяемых в строительстве и машиностроении.

4. Опишите основные марки углеродистых, низколегированных сталей, применяемых для изготовления сварных конструкций в строительстве, машиностроении, приборостроении.

5. Какие цветные сплавы применяются для изготовления сварных конструкций? Опишите их состав и основные свойства. Охарактеризуйте применение полимеров и композиционных материалов в сварных конструкциях.

6. Укажите применяемый сортамент проката для изготовления сварных стальных конструкций и конструкций из алюминиевых сплавов.

7. Дайте характеристику нагрузок, действующих на строительные конструкции. Назовите нормативные документы, регламентирующие нагрузки.

8. Нормативные и расчетные сопротивления стали. Объясните, как их устанавливают.

9. Дайте характеристику групп предельных состояний и объясните методику расчета строительных конструкций по предельным состояниям.

10. В зависимости от каких факторов устанавливают допускаемые напряжения? Объясните методику расчета машиностроительных конструкций по допускаемым напряжениям

11. На основании сравнения методов расчета конструкций по предельным состояниям и по допускаемым напряжениям, почему строительные конструкции рассчитывают по предельным состояниям.

12. В чем особенности работы стали при переменных нагрузках? Основные понятия (усталость, выносливость, предел выносливости, цикл, характеристики цикла)

13. Как производится расчет сварных конструкций на выносливость?

14. Дайте классификацию сварных соединений и швов, выполненных дуговой сваркой , по всем признакам.

15. Дайте характеристику сварных соединений, выполненных контактной сваркой ( назначение, виды, основные требования)

16. Дайте характеристику сварных соединений, выполненных специальными способами сварки.

17. Особенности сварных соединений, полученных при сварке пластмасс.

18. Опишите причины, вызывающие концентрацию напряжений в сварных соединениях. Как распределяются напряжения в стыковых сварных соединениях?

19. Укажите, как распределяются напряжения в нахлесточных и тавровых соединениях; меры, применяемые для снижения их концентрации.

20. Назовите основные меры предупреждения и снижения концентрации напряжений в сварных конструкциях.

21. Объясните причины возникновения сварочных деформаций и напряжений, их влияние на прочность сварных конструкций.

22. Как производится выбор расчетных сопротивлений и допускаемых напряжений сварных соединений?

23. В чем особенности расчета сварных стыковых (прямых и косых) швов на прочность при действии осевой нагрузки.

24. В чем особенности расчета сварных стыковых соединений при одновременном действии изгибающего момента и поперечной силы; совместном действии изгибающего момента и продольной силы?

25. В чем особенности расчета на прочность нахлесточных соединений при действии осевой нагрузки?

26. Назовите основные конструктивные требования, предъявляемые к стыковым, нахлесточных, угловым и тавровым соединениям.

Задача.

Проверить прочность стыкового сварочного соединения листов сечением bхtнасовместноедействиерасчетных изгибающегомомента MИи продольной силы N. Материал листов - сталь, сварка ручная с полным проваром и визуальным контролем качества. Шов выводится на выводные планки (lш = b) Расчет выполнить по допускаемым напряжениям.

(Данные для задачи взять из таблицы 1)

Рис.1

Таблица 1

Номер задачи	Размер сечения	Изгибающий момент MИ, кН*м	Продольная сила N, кН	Материал
	250x8			18кп
	200x8			ВСт3пс
	300x8			09Г2
	220x10			10Г2С1
	250x10			15ХСНД
	320x10			14Г2АФ
	180x12			10ХСНД
	200x12	12,5		18сп
	240x8			14Г2
	230x10			14Г2АФ
	160x8	7,5		15ХСНД
	300x10			10Г2С1
	380x8			09Г2
	250x12			ВСт3кп

Методические указания к решению задач 27-40

1. Для заданной марки стали, в зависимости от толщины листового проката, выберите допускаемое напряжение (предел текучести выбираем по таблице 1).

2. По заданным условиям определите допускаемое напряжение стыкового сварного шва.

3. Определите нормальные напряжения в сварном шве от продольной силы N:

где Аш =bּt – площадь шва

4. Определите нормальные напряжения в сварном шве от изгибающего

момента М:

где Wшв - осевой момент сопротивления сечения шва;

5. Напряжения от одновременного действия изгибающего момента М и продольной силы N просуммируйте алгебраический и проверьте прочность соединения:

6. Проверка прочности сварного соединения

7. Объясните, почему результирующие напряжения от совместного действия продольной силы и изгибающего момента на стыковое сварное соединение определяются как алгебраическая сумма напряжений от обоих силовых факторов.

Задача.

Полоса толщиной t приварена к листу лобовым и двумя фланговыми швами, высота катета К которых равна толщине полосы t. На сварное соединение действует продольная сила . Материал поло­сы – ВСт3сп. Определить ширину полосы и длину фланговых швов lф по допускаемым напряжениям. Сварка ручная дуговая, коэффициент формы шва β = 0,7. Данные для задачи взять из рис. 2 и табл. 2.

Рис.2

Методические указания к решению задач 41-55

1. По табл. 2 (приложения 2) выберите допускаемое напряжение для основного металла.

2. Из условия прочности полосы на растяжение определите ее необходимую ширину, которую округлите до размера, кратного двум.

3. Из условия прочности углового шва

определите его полную длину Σlш

Расчетную суммарную площадь среза угловых швов следует принять: ΣАшв=βּКּΣ1ш отсюда: Σ1ш =

Допускаемое напряжение для металла углового шва примите в зависимости от типа электрода по табл. 5 (приложение2)

4. Приняв длину лобового шва l л равной ширине полосы b, определите длину фланговых швов:1ф = (Σ lшв -1л)/2

Фактическая длина швов принимается больше расчетной.

Табл.2

Номера задач	Продоль­ная сила, кН	Толщина полосы, t мм	Тип электрода
			Э50
			Э42
			Э46
			Э42
			Э42А
			Э50А
			Э46А
			Э42А
			Э50А
			Э46
			Э50А
			Э46А
			Э50
			Э42А

56-70 Задача. Исходя, из условия равнопрочности сварного шва с уголком, рис.3, определить длину фланговых швов, прикрепляющих уголок к фасонке, если размеры сечения уголка b x b x d; В x b x d. Сварка ручная дуговая электродами Э42 Материал - сталь марки ВСт3сп. Расчет выполнить допускаемым напряжениям. Данные для задачи взять из табл. 3

Рис.3 Таблица3

Номера задач	Размеры равнобокого уголка b x b x d	Размеры неравнобокого уголка В x b x d
	50x5	-
	-	125х80х8
	56x4	-
	-	70х45х5
	63x6	-
	-	75x50x5
	70х6	-
	-	80х50х5
	75х7	-
	-	90х56х6
	80х6	-
	-	100x63x7
	90х8	-
	-	110x70x8
	100х10	-

Методические рекомендации к решению задач 56-70

1. По ГОСТ 6509-72 сталь прокатная угловая равнополочная, или ГОСТ 8510-72 сталь прокатная, угловая неравнополочная. Определите площадь сечения уголка и расстояние от центра тя­жести: Zо - для равнополочного уголка, Уо - для неравнополочного при прикреплении его широкой полкой и площади поперечных сечений -А

2. По табл.1 (приложение 2) определите расчетное сопротивление R, для заданной марки стали.

3. Из условия прочности уголка на растяжение:

определите допускаемое значение растягивающей силы N.

4. По табл. 5 (приложение 2) определите расчетное сопротивление угловых швов

5. Из условия прочности угловых швов

где Аш =βּКּ отсюда:

определите их суммарную длину , приняв катет шва К равным толщине полки d.

=Аш / βּК

6. В случае прикрепления фланговыми швами асимметричных профилей, какими являются уголки, во избежание дополнитель­ного момента, длина каждого шва (при одинаковых катетах) должна быть обратно пропорциональна расстояниям шов до цент­ра тяжести уголка.

Поэтому расчетные длины швов вдоль обушка и пера следует определить по приближенным формулам:

lф1=0,7ּΣlш; lф2=0,3ּΣlш

Задача.

Пластина из титанового сплава марки BTI приварена;к планке из того же сплава точечной сваркой. На пластину действует ста­тическая осевая сила.

Определить максимальную величину нормативного усилия . допустимого для соединения, если известна толщина пластин t .

Расчет выполнить по допускаемым напряжениям, приняв для титанового сплава [б'] = 250 МПа.

Данные для задачи взять из рис. 4 и табл. 4.

Рис.4

Табл.4

Номера задач
Толщина металла мм.	0,3	0,4	0,5	0,7	0,9	1,3	1,5	1,8	2,0	2,7	3,2	3,7	1,7	2,0	4,0

Методические указания к решению задач 71-85

Максимально- допустимое усилие , кН определяется из условия прочности сварного точечного соединения.

При действии на соединение статических нагрузок точечное соединение, исходя из условного предположения равномерной ра­боты всех точек, рассчитывают на срез точки и условие прочнос­ти имеет вид:

где i - количество точек в соединении (см. рис. 4);

icр- количество срезов одной точки;

Ат - площадь среза точки, ;

- допускаемые напряжения сварной точки при срезе МПа

= 0,6 [σ]

Исходный параметр - диаметр точки d , который зависит от толщины и вида свариваемого материала, для титановых сплавов можно приближенно определить по формуле: d=2t+3 где t - наименьшая из свариваемых толщин

Задача.

Две пластины шириной b , толщиной t сварены встык
полуавтоматической сваркой. Начало и конец шва выведены на
выводные планки.

Выполнить проверочный расчет выносливости соединения, если к пластинам приложена переменная сила N меняющая свое значение от Nсж до Nраст

Расчет выполнить по предельному состоянию, приняв п =1,1 γ=0,9

Рис.5

Табл.5

Номера задач	Значение сжимающей силы Nсж кН	Значение растягиваю­щей силы Nраст кН	Ширина пластин b мм	Толщина пластин t , мм	Материал пластин
					15ХСД
					10ХСНД
					СтЗ
					09Г2
					10Г2С
					15ХСНД
					СтЗ
					15ХСНД
					10Г2С
					14Г2
					09Г2 .
					09Г2
					10Г2С
					14Г2
					10ХСНД

Методические указания к решению задач 86-101

1. По табл. 1 (приложение 2) выберите расчетное сопротив­ление материала пластин R.

2. По табл. 3 (приложение 2) определите расчетное сопро­тивление для сварного соединения , назначив самостоя­тельно, способ контроля качества (физический или визуальный).

3. Определите растягивающие σраст и сжимающие σсж напря­жения соответственно от растягивающих Nраст и сжимающих Nсж усилий:

,

где Аш=b*t - площадь расчетного сечения стыкового соедине­ния,

4. Определите коэффициент асимметрии чикла

где σmin и σmax - наименьшие и наибольшие по абсолютное величине напряжения, взятые со своими знаками (растя­жение имеет знак "+", сжатие - знак "-").

По табл. I (приложение 3) примите соответствующее значе­ние эффективного коэффициента концентрации напряжений Kэф

5. Вычислите значение коэффициента понижения допускаемых напряжений по формуле:

где а, в - коэффициента (для углеродистой стали а = 0,58; в = С,26 для легированной - а = 0,65; в = 0,30)

Верхние знаки в знаменателе формулы принимаются в тех слу­чаях, когда среднее напряжение цикла положительно.

нижние знаки - когда отрицательно σ<0

6. Проверьте выносливость сварного стыкового соединения

где :Nmax - наибольшее по абсолютной величине значение действующего на соединение усилия

Приложение- 2 Таблица1

Пределы прочности ирасчетные сопротивления стального проката

Марка стали	Толщинамм	Предел проч­ности σйМПа	Расчетные сопротивления R. МПа (предел текучести)
			листового проката	фасонного проката
18кп	4-20
18сп	4-20
ВСт3пс	4-10
ВСт3кп	4-20
ВСг3сп	4-20
09Г2	4-20
10Г2С1	10-20			320 .
14Г2	4-9
15ХСНД	4-32
10ХСНД	4-32
14Г2АФ	4-50

T а б л и ц а 2

Допускаемые напряжения основного металла

Год усилий	Условное обозначение	Величина для материала, МПа
		ВСт2сп	ВСт3кп	09Р2С	15ХСНД	10ХСНД
Растяжение сжатие, изгиб	[σ]
Срез	[τ]

Таблица 3 Расчетные сопротивления сварных соединений стальных конструкций

Сварные соеди­нения	Расчетное сопротивление	формула подсчета
Стыковые	Но пределу текучести: сжатию; растяжению и изгибу при авто­матической сварке, а также полуавтоматической или ручной с физическим контролем качества швов	= R
Растяжению и изгибу по преде­лу текучести при полуавтоматической или ручной сварке с визуальным контролем качества швов	=0,85R
Сдвигу	= Rср
С угловыми швами	Срезу (условному)- по металлу шва

Примечания.

I. Значение R следует принимать по табл. I (приложение 2).

2.Расчетные сопротивления приведены в табл. 5 (приложение 2)

Таблица 4

Допускаемые напряжения для швов соединений низкоуглеродистых сталей обыкновенного качества и низколегированных сталей

Род усилия	Тип шва	Технологический процесс сварки	Допускаемое напряжение
Растяже­ние сжатие	Стыковой	Дуговая автоматическая и полуавтоматическая под флюсом, в СО2	[σ]
То же	"	Дуговая электродами Э42А; Э46А; Э50А	—// —
То же	”	Контактная	—// —
Срез	Угловой	Дуговая автоматическая и полуавтоматическая под флюсом, в CO2	0,65[σ]
То же	Стыковой	То же	—// —

Таблица 5.

Расчетные сопротивления допускаемые напряжения [τ]металла угловых швов

Тип электрода	Расчетное сопротивление , МПа	Допускаемое напряжение[τ], МПа
Э42, Э42А Э46 Э50, Э50А

Приложение 3

Та б л и ц а 1

Эффективные коэффициенты концентрации напряжений K_эф для расчетного сечения, расположенного по металлу сварных швов

Характеристика сечения	Значения для сталей
	СтЗ	низколеги­рованная
Стыковые швы (по оси шва) с полным проваром корня шва:
при автоматической (а также руиной) сварке и физическом контроле качества шва	I,0	I,0
при автоматической сварке с визуальным контролем качества шва	1,1	1,2
при ручной сварке с визуальным контролем качества шва	1,2	1,4

Предпоследняя Цифра шифра	Последняя цифра шифра
	1,27,41, 56,71,86	2,28,42, 57,72,87	3,29,43, 58,73,88	4,30,44, 59,74,89	5,31,45, 60,75,90	6,32,46, 61,76,91	7,33,47, 62,77,92	8,34,48, 63,78,93	9,35,49, 64,79,94	10,36,50 65,80,95
	11,37,51 66,81,96	12,38,52 67,82,95	13,39,53 68,83,94	14,40,54 69,84,93	15,39,55 70,85,94	16,38,54 69,84,95	17,37,53 68,85,96	18,36,52 67,84,95	19,35,51 66,83,94	20,34,50 65,82,93
	21,33,49 64,81,92	22,32,48 63,80,91	23,31,47 62,79,90	24,30,46 61,78,89	25,29,45 60,77,88	26,28,44 59,76,87	25,27,43 58,75,86	24,28,42 57,74,87	23,29,41 56,73,88	22,30,42 57,72,89
	21,31,43 58,71,90	20,32,44 59,72,91	19,33,45 60,73,92	18,34,46 62,74,93	17,35,47 63,75,94	16,36,48 64,76,95	15,37,49 65,77,96	14,38,50 66,78,95	13,39,51 67,79,94	12,40,52 68,80,93
	11,39,53 69,81,92	10,38,54 70,82,91	9,37,55, 69,83,90	8,36,54, 68,84,89	7,35,53, 67,85,88	6,34,52, 66,84,87	5,33,51, 65,83,86	4,32,50, 64,82,87	3,31,49, 63,81,88	2,30,48, 62,80,89
	1,29,47, 61,79,90	2,28,46, 60,78,91	3,27,45, 59,77,92	4,28,44, 58,76,93	5,29,43, 57,75,94	6,30,42, 56,74,95	7,31,41, 57,73,96	8,32,42, 58,72,95	9,33,43, 59,71,94	10,34,44 60,72,93
	11,35,45 61,73,92	12,36,46 62,74,91	13,37,47 63,75,90	14,38,48 64,76,89	15,39,49 65,77,88	16,40,50 66,78,87	17,39,51 67,79,86	18,38,52 68,80,87	19,37,53 6,81,88	20,36,54 70,82,89
	21,35,55 69,83,90	22,34,54 68,84,91	23,33,53 67,85,92	24,32,52 66,84,93	25,31,51 65,83,94	26,30,50 64,82,95	25,29,49 63,81,96	24,28,48 62,80,95	23,27,47 61,79,94	22,28,46 60,78,93
	21,29,45, 59,77, 92	20,30,44, 58, 76,91	19,31,43, 57,75,90	18,32,42, 56,74,89	17,33,41, 57,73,88	16,34,42, 58,72,87	15,35,43, 59,71,86	14,36,44 60,72,87	13,37,45 61,73,88	12,38,46 62,74,89
	11,39,47, 63,75,90	10,40,48, 64,76,91	9,39,49, 65,77,92	8,38,50, 66,78,93	7,37,51, 67,79,94	6,36,52, 68,80,95	5,35,53, 69,81,96	4,34,54, 70,82,95	3,32,55, 69,83,94	2,31,54, 68,84,93