Xreferat.ru » Рефераты по промышленности и производству » Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения

Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения

Введение


Одной из важных проблем при производстве сварных конструкций является определение сварочных деформаций и напряжений, влияние которых на характеристики сварных соединений и конструкций в процессе эксплуатации весьма разнообразно. Наличие сварных деформаций и напряжений приводит к отклонениям действительных геометрических форм и размеров от проектных, что, в свою очередь, увеличивает трудоемкость изготовления сварной конструкции, снижает эксплуатационные качества, способствует понижению устойчивости и несущей способности, затрудняет сборку отдельных узлов, а в некоторых случаях делает ее невозможной.

Расчетно-графическая работа заключается в расчете деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения. Результатом работы являются значения прогибов балки для различных вариантов последовательности выполнения сварочных операций, и что служит основанием для выбора рациональной последовательности выполнения сварных швов.


Задание

Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения


Основные размеры свариваемой балки:

L = 7м;

H = 220мм;

B1 = 130мм;

B2 = 150мм;

δ1 = 6мм;

δ2 = 6мм;

δ3 = 5мм.

Материал: 09Г2С.

Способ сварки: Ручная дуговая сварка покрытыми электродами.

Поперечное сечение сварной двутавровой балки представлено на рисунке 1.


2. Выбор конструктивного оформления и размеров сварных соединений


В соответствии с ГОСТ 5264-80 [5] выберем двустороннее тавровое сварное соединение без скоса кромок Т3. Эскиз данного сварного соединения показан на рисунке 2. Минимальный катет данного сварного соединения 6 мм.


Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения

Рисунок 2 – Конструктивные элементы:

а) подготовленных кромок свариваемых деталей; б) сварного шва.


3. Выбор ориентировочных режимов сварки


Режимы однодуговой сварки неплавящимся электродом сплава АМГ6М приведены в таблице 1.


Таблица 1 – Режимы сварки под флюсом материала 09Г2С [1, стр. 103]

Толщина металла, мм 6
Сила тока, А 175
Напряжение, В 20
Скорость сварки, м/ч 15
Диаметр электрода, мм 4,0

4. Расчет геометрических характеристик сечений


Произведем расчет геометрических характеристик сечений балки. Для проверки правильности расчетов используем средства пакета САПР «КОМПАС».

Определим координату Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения центра тяжести, величину эксцентриситета Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения и момент инерции относительно оси y I1 балки состоящей из элементов 1 и 3.


Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения

Рисунок 3 – Эскиз поперечного сечения балки состоящей из элементов 1 и 3.


Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения

Найдем координату центра тяжести фигуры 1:


Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения


Координаты центра тяжести балки состоящей из элементов 1 и 3 по отношению к выбранным осям z и y определяются по формуле:


Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения


где Si – площадь i-й фигуры; zi – координата ее центра тяжести.


Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения

Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения

Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения

Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения


Найдем величину эксцентриситета Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения:


Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения


Найдем момент инерции I1:


Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения


Определим координату Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения центра тяжести, величину эксцентриситета Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения и момент инерции относительно оси y I2 балки состоящей из элементов 2 и 3.


Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения

Рисунок 4 – Эскиз поперечного сечения балки состоящей из элементов 2 и 3.


Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения

Найдем координату центра тяжести фигуры 2:


Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения


Координаты центра тяжести балки состоящей из элементов 2 и 3 по отношению к выбранным осям z и y определяются по формуле:


Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения


где Si – площадь i-й фигуры; zi – координата ее центра тяжести.


Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения

Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения

Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения


Найдем величину эксцентриситета Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения:


Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения


Найдем момент инерции I2:


Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения


Определим координату Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения центра тяжести и момент инерции относительно оси y IΣ балки состоящей из элементов 1,2 и 3.


Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения

Рисунок 5 - Эскиз поперечного сечения балки состоящей из элементов 1, 2 и 3.


Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения

Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения

Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения

Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения

Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения

Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения

Координаты центра тяжести балки состоящей из элементов 1, 2 и 3 по отношению к выбранным осям z и y определяются по формуле:


Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения


Найдем момент инерции IΣ:


Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения


5. Расчет усадочной силы, продольного укорочения и прогибов балки


При сварке на проход весьма жесткой сварной конструкции величина усадочной силы в Ньютонах согласно [2] вычисляется по формуле:


Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения


где q - эффективная мощность (в ваттах); Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения - скорость сварки, мм/с; B – экспериментально определяемый коэффициент.

Эффективная тепловая мощность сварочного источника теплоты, т. е. количество теплоты, вводимой при сварке источником в деталь в единицу времени, если известны параметры режима электродуговой сварки, определяется по формуле


Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения


где I – сварочный ток; U–напряжение на дуге; η – эффективный к.п.д. процесса нагрева. Эффективный к.п.д. зависит от способа сварки и может быть взят по данным справочника [3]: Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения Найдем эффективную тепловую мощность сварочного источника теплоты:


Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения


Экспериментально определяемый коэффициент B для конструкционных сталей вычисляется в зависимости от погонной энергии и толщины листов S в миллиметрах (средней толщины при сварке пластин разной толщины), следующим образом:


Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения


здесь s - толщина свариваемых пластин (средняя толщина при сварке пластин разной толщины).


Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения


Определим продольное укорочение и прогиб балки для случая, когда вначале приваривается полка 1, затем полка 2.


Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения

Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения

Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения

Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения


Найдем значение эксцентриситета для данного случая:


Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения


Найдем значение изгибающего момента:


Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения


Найдем значение прогиба балки после сварки элементов 1 и 3:

Значение прогиба вычисляется по формуле:


Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения

Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения


Найдем прогиб балки после приварки полки 2 к уже соединенным элементам 1 и 3:


Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения

Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения


Общий прогиб определим из соотношения:


Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения


Определим продольное укорочение и прогиб балки для случая, когда вначале приваривается полка 2, затем полка 1.


Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения

Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения

Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения

Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения


Найдем значение эксцентриситета для данного случая:


Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения


Найдем значение изгибающего момента:


Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения


Найдем значение прогиба балки после сварки элементов 2 и 3:

Значение прогиба вычисляется по формуле:


Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения

Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения


Найдем прогиб балки после приварки полки 1 к уже соединенным элементам 2 и 3:


Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения

Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения


Общий прогиб определим из соотношения:


Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения


Сравним результаты определения прогибов для обоих случаев:


Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения


Определим продольную деформацию балки для обоих случаев:


Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения

Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения


Заключение


В данной расчетно-графической работе проведен расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения.

Значение прогиба балки после сварки элементов 1 и 3: Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения

Значение прогиба балки после сварки элементов 2 и 3: Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения

Получены значения прогибов балки для различных вариантов последовательности выполнения сварочных операций:

Прогиб балки после приварки полки 2 к уже соединенным элементам 1 и 3: Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сеченияОбщий прогиб: Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения

Прогиб балки после приварки полки 1 к уже соединенным элементам 2 и 3: Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сеченияОбщий прогиб: Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сеченияРасчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения

Продольная деформация балки для обоих случаев: Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения

Сравнив результаты определения прогибов для обоих случаев, мы можем сделать вывод, что рациональным будет вариант, когда вначале приваривается полка 2, а затем полка 1, так как в этом случае общий прогиб балки наименьший.


Список литературы


1. Сварка и свариваемые материалы: В 3-х т. Т.П. Технология и оборудование. Справ. изд./Под ред. В.М. Ямпольского. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1996. 574 с.

2. Сварка. Резка. Контроль. Справочник. В 2-х томах / под общей редакцией Н.П. Алешина, Г.Г. Чернышева. М.: Машиностроение 2004. Т.1 / Н.П. Алешин, Г.Г. Чернышев, Э.А. Гладков и др. 624 с.

3. Сварка и свариваемые материалы: В 3-х т. Т I. Свариваемость материалов. Справ. изд./ Под ред. Э.Л. Макарова -М.: Металлургия, 1991. 528 с.

4. Медведев, А. Ю. Остаточные деформации и перемещения при сварке и наплавке: лабораторный практикум по дисциплине "Теоретические основы реновации" / А. Ю. Медведев ; УГАТУ .— Уфа : УГАТУ, 2007 .

5 ГОСТ 5264-80 Ручная дуговая сварка. Соединения сварные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры.

6. СТО УГАТУ 016-2007 Графические и текстовые конструкторские документы. Общие требования к построению, изложению, оформлению.