§ 57. Расчет сварных соединений.

На рис. 66 изображены типичные сварные соединения: впритык, внахлестку фланговым швом и внахлестку торцевым швом. Рассмотрим эти случаи по отдельности:

а) Соединение впритык (рис. 66, а). Шов в этом случае работает на разрыв. Если ширина листа есть а толщина , то можно «читать площадь сечения равной пренебрегая высотой валика наплавленного металла. Условие прочности:

Через обозначено допускаемое напряжение на растяжение для наплавленного металла, принимаемое обычно меньшим, чем для основного металла конструкции (например, при ).

б) Фланговый (рис. 66, б). Считая сечение сварного имеющим форму равиокатетного прямоугольного треугольника, найдем, что наименьшая толщина Поэтому площадь среза равна . Здесь - общая длина всех фланговых швов, воспринимающих силу.

Условие прочности имеет вид:

— допускаемое напряжение на срез для шва. Оно выбирается равным примерно (Если то ). Условия работы торцевого значительно более сложны.

Опыты показывают, что разрушение происходит по площадке (рис. 66, в). Совершенно условно считают, что по этой площадке происходит срез, и условие прочности пишут так:

Здесь — длина торцевого шва.

Последняя формула лишена каких-либо теоретических оснований.

Рис. 66.

Мы знаем, что площадка, расположенная под углом к направлению растягивающей силы, находится под действием как нормальных, так и касательных напряжений, при этом величина касательного напряжения не выражается левой частью формулы (57.3). Но определенна этих нормальных и касательных напряжений было бы совершенна бесполезно, на самом деле напряженное состояние — сложное и найти его элементарными методами невозможно. С другой стороны, технология изготовления сварного шва не обеспечивает его идеальной геометрической правильности и свойства материала шва непостоянны, поэтому строгое теоретическое решение задачи, найденное для некоторых идеализированных условий, не имело бы большой практической ценности. Достаточно того, что формула (57.3) подтверждаете» опытом, то есть дает гарантию прочности сварного соединения, может быть, с некоторым излишним запасом прочности. Иногда в правой части условия (57.3) вместо ставят величину . Действительно, с таким же основанием мы могли бы считать, что по площадке возможен разрыв. Однако, учитывая незначительность пластических деформаций, которые получает торцевый шов перед, разрушением, будет осторожнее принять для него пониженное допускаемое напряжение, а так как то формула (57.3) и является общепринятой.

Часто в одном соединении комбинируются швы разных типов.

При расчете, например, приварки уголка к листу (рис. 67) условие прочности составляют следующим образом:

Рис. 67.

Мы предполагаем здесь, что напряжение во всех швах одновременно становится равным допускаемому. Очевидно, что это не так; желая найти распределение напряжений между швами, мы должны были бы решать весьма трудную статически неопределенную задачу. Принцип, положенный в основу при составлении этого условия прочности, получает разъяснение, если встать на точку зрения расчета по допускаемым нагрузкам. Предположим, например, что в торцевом шве раньше достигается предел текучести. При дальнейшем возрастании силы торцевый шов пластически деформируется при постоянном напряжении, приращение нагрузки воспринимается только фланговыми швамн. Наконец, момент, когда напряжение во фланговых швах становится равным пределу текучести, нужно принять за момент разрушения всего соединения в целом. Таким образом,

Разделив обе части на запас прочности, получим равенство (57.4). В предельном состоянии сила Р, проходящая через центр тяжести поперечного сечения уголка, уравновешивается тремя силами: и представляющими собою сопротивления трех швов. Уравнение (57.5) дает лишь одно условие равновесия, кроме этого, необходимо, чтобы главный момент системы сил, изображенной на рис. 67, равнялся нулю. Составим это условие:

Но в предельном состоянии

Подставляя эти выражения в уравнение моментов и сокращая общий множитель получим:

Таким образом, длины фланговых швов нужно брать различными. Поскольку задано, решение уравнений (57.4) и (57.6) определяет единственным образом.

Аналогично производится расчет сварных соединений других типов.

Вышеизложенные соображения являются весьма условными, поэтому практика выработала ряд рекомендаций для проектирования сварных швов, заклепочных соединений и других подобных элементов машин и конструкций. Объяснить эти рекомендации при помощи; представлений и методов механики затруднительно, они приводятся в специальных руководствах и справочных изданиях.