Расчет составной металлической сварной стойки

КУРСОВАЯ РАБОТА (КУРСОВОЙ ПРОЕКТ)

по учебному курсу «___________________________________»

Вариант ____ (при наличии)

Студент	Истомин Денис Алексеевич (И.О. Фамилия)
Группа	МСбд-1602а (И.О. Фамилия)
Преподаватель	А.Л.Федоров (И.О. Фамилия)

Тольятти 2020

Содержание

Введение. 3

1 Расчет балочной конструкции. 4

2 Расчет составной металлической сварной стойки. 9

3 Расчет листового резервуара. 17

Заключение. 21

Список используемых источников. 22

Введение

В 1802 году русский учёный Василий Петров обнаружил явление электрической дуги и опубликовал сведения о проведённых с дугой экспериментах. С этого момента считается история сварки, как способа соединения металлических деталей и конструкций.

Цель работы – практическое применение расчетов металлических сварных конструкций.

Задачи работы согласно исходному заданию:

- рассчитать балочную конструкцию;

- рассчитать составную металлическую сварную стойку;

- рассчитать резервуар из листового металла.

Расчет балочной конструкции

Балка: материал сталь 15ХСНД; норма жесткости 1/200, расчетная схема – рис 1. Размеры на рисунке приведены в метрах.

Рисунок 1 – Расчетная схема балки

Сведем в таблицу все исходные данные по заданию.

Таблица 1 – Исходные данные

Параметр	Обозначение	Значение
Материал	-	сталь 15ХСНД
Норма жесткости	f/l	1/200
Расчетные сопротивления сварных соединений:	R	2100
Расчетные сопротивления стали	Rа	2900
	R’ср	1300
	R’см	3200
Коэффициент условий работы	m	0,9
Коэффициент перегрузки	n	1,1

Построим эпюры моментов балки (рисунок 2).

Рисунок 2 — Расчетные схемы нагружения балки

Подбор сечения

Из эпюры изгибающих моментов М определяем, что M_max = 3990 (кН × м). Выполним перевод единиц измерения максимального изгибающего момента: M_max = 3990 (кН × м) = 448 тс*м.

Из эпюры поперечных сил Q определяем, что Q_max = 266 (кН). Выполним перевод единиц измерения максимальной поперечной силы Q_max = 266 (кН) = 30 тс*м.

Условие прочности при изгибе по нормальным напряжениям:

где: М_max - наибольший изгибающий момент;

W_x - момент сопротивления сечения относительно нейтральной оси Ox;

Заметим, что наибольшие нормальные напряжения в поперечных сечениях балки возникают в наиболее удаленных точках от нейтральной оси Oх, которая проходит через центр тяжести сечения.

Рассчитываем высоту балки из условий жёсткости. Так как на балку действуют только сосредоточенные нагрузки, значит, в формуле f =fp + fq отбрасываете слагаемое fq и считаем с учетом только fp:

откуда

Подставим значения и в формулу (4):

откуда

Так как расчет ведем по предельному состоянию, то вместо подставляем кгс/см².

Определим приближенную высоту:

Из условий прочности и экономичности определяем высоту по формуле:

Из двух высот и для балки принимаем большую Так как эта высота не кратна 50 мм, то округлим в большую сторону.

Конструируем сечение балки: толщина стенки по формуле:

Принимаем

Толщина пояса:

см

Принимаем тогда

Принимаем .

Сечения пояса отвечают требованиям:

1) лежит в пределах от 10…20;

Расчет составной металлической сварной стойки

Исходные данные:

Высота сойки 24 метра материал сталь 15ХСНД. Стойка нагружена центральной силой и силой , приложенной с эксцентриситетом e=0,9 м. Материал основания – бетон с [σ] 42 кг/см2.

Принимаем m=0,9. Считая силы Р₁ и Р₂ нагрузками от подвижных составов, принимаем n=1,2. Расчетные сопротивления стали 15ХСНД Rа = 2900 кгс/см², Rсм = 1840 кгс/см², Rср = 3180 кгс/см². Принимая, что сварку стойки будем производить электродами типа Э42, берём R’с = 2100 кгс/см², R’р =1890 кгс/см², R’ср = 1260 кгс/см². При автоматической сварке R’ср = 1365 кгс/см².

Схема стойки показана на рисунке 3.

Величина усилий:

где

Рисунок 3 – Расчетная схема стойки

1) Подбор номера прокатного профиля

Подбор поперечного сечения производят из условия устойчивости колонны относительно главной центральной оси с минимальным моментом инерции площади сечения. Для заданной колонны такой осью является осьХ (рис. г), так как относительно другой главной осиY, момент инерции может быть изменен путем раздвижения или сближения ветвей колонны.

В случае если составные профили сечения могут раздвигаться относительно обоих главных центральных осей, минимально необходимый момент инерции сечения определяют по формуле Эйлера для критической силы, добавив в нее нормативное для данного материала значение коэффициента запаса устойчивости:

где Р – действующая нагрузка на стержень.

По вычисленной величине I_min, с учетом количества профилей, выбирают из сортамента необходимый номер профиля, и затем проводят проверку устойчивости колонны.

Минимально необходимую площадь поперечного сечения определяют из условия устойчивости колонны:

где - коэффициент продольного изгиба, уменьшающий допускаемое напряжение в стойке при расчете на устойчивость.

В расчетной формуле одновременно два неизвестных: А и . Поэтому, расчет ведем методом проб.

Первый цикл расчета. Задаем коэффициент =0,5. Находим требуемую площадь поперечного сечения колонны.

На долю одного уголка придется

По таблицам сортамента неравнобоких уголков (ГОСТ 8510–86) выбираем уголок № 16/10, у которого A=22.78 см² , d=1.2 см², Ix_e=605,97 см⁴, y₀=5.15 см (обозначение осей и размеров даны на рис. 4, в).

Рисунок 4 – Схемы крепления уголков

Вычисляем момент инерции уголка относительно оси х (рис. 4, г):

Находим наименьший радиус инерции поперечного сечения колонны:

Вычисляем гибкость

где μ - коэффициент приведения длины зависящий от формы закрепления.

По таблице снижения коэффициентов снижения допускаемого напряжения, находим коэффициент :

Проверяем прочность колонны

Перенапряжение составляет

Что не допустимо. Второй цикл расчета. Принимаем значение коэффициента :

Находим требуемую площадь

На долю одного уголка придется

По таблицам сортамента берем уголок №18/11, у которого A=33.69 см² , d=1.2 см², Ix_e=1122,56 см⁴, y₀=5.77 см.

Вычисляем момент и радиус инерции уголка относительно оси x:

Тогда гибкость

По таблице коэффициентов снижения допускаемого напряжения с помощью линейной интерполяции находим коэффициент

	13	12,56	13,13
	0,41	0,32	0,374

Проверяем прочность колонны

Перенапряжение отсутствует, значит оставляем подобранное сечение.

Недонапряжение составит

2) Определение расстояния между ветвями и соединительными планками колонны. Подсчет числа соединительных планок.

Чтобы стойка была одинаково устойчива в главных плоскостях инерции, необходимо выполнить условие

Т.е.

Расстояние между соединительными планками определяется из условий, что гибкость отдельной ветви между соединительными планками не должна превосходить гибкость колонны в целом:

Участок колонны между планками условно считаем шарнирно опертым. Тогда получим

Где минимальный радиус инерции уголка, берется из сортамента.

Подсчитаем число пролетов между планками в колонне:

Принимаем по 67 планjr с каждой стороны стойки. В нижнем сечении она не нужна из-за жесткой заделки.

3) Выбор размеров соединительных планок.

Размеры соединительных планок принимают из следующих общепринятых конструктивных соотношений:

где В - длина планки, в - ширина полки уголка, Н – высота планки,

- толщина планки, d - толщина полки уголка.

4) Вычисление коэффициента запаса устойчивости колонны.

Поскольку гибкость колонны при вычислении критического напряжения воспользуемся формулой Эйлера:

Находим коэффициент запаса устойчивости

,где - нормальное напряжение сжатия колонны.

Колонна устойчива.

Расчет листового резервуара

Исходное задание: Листовая конструкция: схема рис. 6; избыточное давление 1 МПа; хранится газ. Подобрать материал, рассчитать толщину стенок цилиндрического корпуса разбив на пояса, сферической крышки, сферического корпуса, диаметр болтов крепления.

Рисунок 6 - Схема резервуара

Расчет резервуара ведем как составной из двух частей. Первая часть рассчитывается как цилиндрический вертикальный резервуар, вторая – как сферический.

Горизонтальные цилиндрические резервуары обычно устанавливаются на опоры и рассчитываются как балка трубчатого сечения под действием распределённой нагрузки с некоторым допущением.

Удельная плотность газа в резервуаре - 0,0899 кг/м³(принимаем как для водорода в нормальных условиях).

Исполнительная толщина стенки резервуара определяется по формуле:

где D – диаметр резервуара, мм;

р – расчетное давление, МПа;

[σ] - допускаемое напряжение материала, МПа;

с – прибавка на коррозию, мм;

φ - коэффициент прочности сварного шва.

В рассматриваемом случае прибавка на коррозию определяется по формуле:

где c₁ – прибавка на коррозию, мм;

c₂ = 0,4… 0,8 мм – прибавка на минусовой допуск листа, мм;

c₃ – конструктивная прибавка, мм.

Принимаем c₁ = 1 мм; c₂ = 0,4 мм.

Сварку резервуара принимаем ручную, значит φ = 0,95.

Для материала резервуара стали Ст3 ГОСТ 380-88 допускаемое напряжение [σ] = 160 Мпа.

Расчетное давление определяется по формуле:

где H - высота гидростатического столба жидкости для рассматриваемого пояса, мм.

Из рисунка H=25000 мм.

Тогда:

Принимаем = 16 мм.

Исполнительная толщина шаровидного днища определяется по формуле:

(33)

где р – расчетное давление, МПа;

R – радиус кривизны в вершине днища, мм;

с – прибавка на коррозию, мм;

[σ] – допускаемое напряжение, МПа;

φ - коэффициент прочности сварного шва.

В рассматриваемом случае прибавка на коррозию определяется по формуле:

где c₁=1… 2 мм прибавка на коррозию, мм;

c₂ = 0,4…0,8 мм – прибавка на минусовой допуск листа, мм;

c₃ = 2…3 мм – конструктивная прибавка на деформацию металла при штамповке.

Принимаем c₁ = 1 мм; c₂ = 0,4 мм; c₃ = 3 мм.

Коэффициент прочности сварного шва принимаем φ = 1,0, т.к. днище цельное (D < 1600 мм).

Для стандартных днищ R = D = 2806 мм.

Тогда:

Принимаем s = 10 мм.

Расчет болтов крепления крышек резервуаров с внутренним давлением.

«Анкерное крепление стенки резервуара должно устанавливаться в случаях, если опрокидывающий момент резервуара от воздействия расчетной ветровой или сейсмической нагрузок превышает удерживающий момент» [1]. «Анкерные крепления должны располагаться по периметру стенки резервуара на равных расстояниях, не более 3 м друг от друга. При использовании в качестве анкеров болтов их диаметр должен быть не менее 24 мм» [1].

Рисунок 7 – Крепление крышки резервуара с внутренним давлением

Заключение

В данной работе выполнено проектирование сварных конструкций согласно выданному заданию.

Любые элементы, выполненные из металла и требующие участия сварки, необходимо выполнять с предварительным проектированием и расчетом стальных сварных конструкций и швов на предмет растяжения и нагрузки.

В результате выполнения работы решались следующие задачи:

- практическое применение методов расчета сварных конструкций при различных видах нагружения;

- практическое применение методов рационального проектирования сварных конструкций, обеспечивающие наименьшую их материалоемкость;

- определены величины и распределение остаточных сварочных напряжений и деформаций в конструкции;

- определены механические характеристики сварных соединений;

- рассчитаны прочность сварных соединений.

Дата добавления: 2020-11-27; просмотров: 266; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!