(NB) Giáo trình Tính toán kết cấu hàn với mục tiêu giúp các bạn có thể giải thích rõ công dụng của từng loại vật liệu chế tạo kết cấu hàn; tính toán đúng vật liệu hàn, vật liệu chế tạo kết cấu hàn khi gia công các kết cấu hàn; Trình bày đầy đủ các bước tính ứng suất và biến dạng khi hàn. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung giáo trình phần 2 dưới đây.
Bài 3: Tính ứng suất biến dạng hàn Mục tiêu Sau học xong này, người học có khả năng: - Trình bày phương pháp tính ứng suất biến dạng hàn - Tính ứng suất biến dạng mối hàn (mối hàn giáp mối, mối hàn chồng, mối hàn góc chữ T) - Thực tốt cơng tác an tồn vệ sinh phân xưởng - Tuân thủ quy định, quy phạm tính tốn ứng suất biến dạng - Rèn luyện tính kỷ luật, cẩn thận, tỉ mỷ, xác cơng việc Nội dung 3.1 Các khái niệm ứng suất biến dạng hàn 3.1.1 Nội ứng suất hàn Là ứng suất tồn mối hàn sau kết thúc hàn Do nội ứng suất tồn mà khơng có tác dụng ngoại lực chúng phải tương ứng cân Và muốn đảm bảo cân phải tuân theo điều kiện cân tĩnh học, nghĩa là: z = hay : ; Mx = ; My= dF = ; .dF x = ; (3-1) .dF.y =0 3.1.2 Phân loại ứng suất loại nội ứng suất chia làm nhóm sau a Nhóm 1: Các ứng suất phụ thuộc nguyên nhân sinh - Ứng suất nhiệt: Sinh nung nóng khơng toàn chi tiết - Ứng suất dư: Là ứng suất lại vật thể sau loại bỏ nguyên nhân sinh Đây loại ứng suất thường gặp - Ứng suất chuyển biến pha: Do biến dạng không chi tiết b Nhóm 2: Ứng suất sinh cân kích thước, thể tích khác phần tử liên kết tạo thành vật thể Bao gồm loại tổ chức tế vi, tổ chức thơ đại, tổ chức siêu tế vi c Nhóm 3: Ứng suất theo hướng không gian, bao gồm loại ứng suất chiều (ứng suất đơn); ứng suất hai chiều (ứng suất mặt); ứng suất chiều (ứng suất khối) 33 3.1.3 Các biến dạng hàn Trong trình hàn chi tiết hàn bị nung nóng làm nguội khơng phát sinh biến dạng biến dạng co dọc mối hàn biến dạng co ngang mối hàn - Biến dạng co dọc mối hàn: Đó thay đổi kích thước chiều dài mối hàn sau hàn - Biến dạng co ngang mối hàn: Đó giảm kích thước kim loại mối hàn vùng lân cận theo phương vng góc với trục đường hàn, biến dạng co ngang tạo nên cong, vênh kết cấu hàn hay cịn gọi biến dạng góc b1 3.2 Tính ứng suất biến dạng hàn giáp mối b2 b0 h b1 b S Hình 3-1: Mối hàn giáp mối 3.2.1 Tính nội lực tác dụng: Nội lực tác dụng nội lực sinh vùng ứng suất tác dụng, nội lực tác dụng phụ thuộc vào diện tích vùng có nhiệt độ nóng chảy đến 5500c, vùng gọi vùng ứng suất tác dụng, nội lực tác dụng tính sau P = T Fc (3-2) Trong T ứng suất sinh hàn theo giả thuyết lý thuyết kết cấu thường chọn giới hạn chảy; Fc vùng ứng suất tác dụng hàn, vùng xác định sau Fc = b0.S (3- 3) Trong S chiều dày chi tết hàn; b0 chiều rộng vùng ứng suất tác dụng xác định sau: b0= b1 + b2 b1 vùng mối hàn lân cận bao gồm vùng nóng chảy, vùng chảy dẻo b2 vùng kim loại trạng thái đàn hồi 34 0,484.q v S c 550 c b1 = (3- 4) Trong đó: - q lượng hữu ích nguồn nhiệt q= 0,24.uh Ih (calo/s) (3- 5) ( 0,75 hàn hồ quang tay ; 0,9 hàn tự động) - v vận tốc hàn (cm/s) - S0 chiều dày tính tốn kết cấu hàn - c nhiệt dung kim loại (calo/g.0c) - khối lượng riêng kim loại (g/cm3) Việc xác định b2 phụ thuộc vào nhiều yếu tố lượng riêng q0; chiều rộng hàn h0 thơng số khác, b2 xác định sau: b2= K2.(h - b1) K2 hệ số phụ thuộc vào q0 vật liệu chế tạo chi tiết, h chiều rộng tồn phần ứng suất tính tốn, hàn hồ quang tay h = 250mm; hàn tự động h = 300 350mm Thay b1; b2 vào biểu thức (3 - 2) ta tính nội lực tác dụng P Trong trường hợp hàn có chiều rộng khơng hình 3-2 ta tính tốn sau: bnc P = Fc = ( bna + bnc ) S bna bnc bna Pc c a h Pa Hình 3-2: Hai hàn có chiều rộng 3.2.2 Tính nội lực phản kháng ứng suất phản kháng Khi hàn có kích thước khác hình 3-2 a Nội lực phản kháng hàn tính sau Pa = a S Pc = c S 35 S Trong Pa ; Pc lực phản kháng hàn hàn 2; a c chiều rộng vùng phản kháng vùng phản kháng 2; S chiều dày b Ứng suất phản kháng tính sau Theo nguyên lý cân lực thì: P = Pa + Pc thay giá trị chúng b0 S = ( a+ c ).S vào ta có: 2 Từ ta có: b na b nc b ac h b0 (3- 6) 3.2.3 Tính mơ men uốn Các lực Pa Pc tạo mô men uốn quay quanh tâm vùng ứng suất tác dụng, mô men xác định sau: a b0 Ma = Pa ; c b0 Mc = Pc Vì mơ men có chiều ngược cho nên: a b0 c b0 a b0 c b0 Pc a.S c.S 2 M = Ma - Mc = Pa Thay giá trị ứng suất phản kháng vào ta có: b S M = 2h b (a+ b0 + c) (a- c P.h a c M = 2h b (3- 7) Từ công thức ta nhận thấy c= tức hàn vào mép tấm, mơ men uốn M có giá trị lớn nhất, c = a tức hàn có kích thước mô men uốn M = Như hàn giáp mối hàn có kích thước biến dạng nhỏ nhất, hàn hàn có kích thước khác biến dạng xảy 3.2.4 Tính ứng suất uốn Dưới tác dụng mô men uốn M, sinh ứng suất uốn, ứng suất uốn xác định sau: u M M 6.P.h a c w S.h 2h b .Sh 36 u Vậy ta có : 3 b a c h h b (3 - 8) 3.2.5 Tính độ võng Độ võng lớn xác định theo công thức sau: M.l fmax = 8.E.J (3 - 9) Trong M mô men uốn lớn nhất; l chiều dài chi tiết hàn; E mô đun đàn hồi; J mơ men qn tính xác định sau: S.h J = 12 thay vào biểu thức tính độ võng ta có 3M.l 12.M.l 3 fmax = 8.E.S.h = 2.E.S.h Vậy ta có : 3M.l fmax = 2.E.S.h (cm) (3 - 10) 3.2.6 Các tập ứng dụng Bài tập 1: Cho kết cấu hàn giáp mối hình vẽ Hãy xác định độ võng bo c bnc b1 b2c a b2a hc bna kết cấu sau hàn biết vật liệu chế tạo thép bon thấp có = 24 KN/cm2, kích thước cho hình vẽ S Hình 3-3: Kết cấu hàn giáp mối = 300mm, hc= 250mm, S = mm, l = 1500mm Bài giải * Tính chế độ hàn S - Đường kính điện cực hàn: d = = mm - Tính cường độ dong điện hàn: Ih = 40 60 d = 160 200 37 chọ Ih= 200 (A) - Chọn điện áp hàn: Uh = 30 (v) d I h 10.200 12,5 m h F , , 85 - Tính vận tốc hàn: Vh = d g (trong d = 10 A.h ; Fd = 0,2 cm2 ; 7,85 g cm3 ) - Tính cơng suất hồ quang: q = 0,24.Ih Uh q= 0,24.200.30.0,75=1080cal/s * Tính nội lực tác dụng P = Fc b na b nc .S - Tính bna : bna = b1 + b2a 0,484.q 0,484.1080 S v c 550 , , 347 , 16 , 85 550 h b1 = 3,62 cm b2a = k2 (ha - b1 ) = 0,224.( 30 - 3,62 ) = 5,91 cm (k2 chọn theo biểu đồ k2 = 0,224) bna = 3,62 + 5,91 = 9,53 cm - Tính bnc: bnc = b1 + b2c b1 tính có giá trị b1 c ta có b1 = 3,62 cm b2c = k2 (hc - b1) = 0,224.(25 - 3,62) = 4,79 cm bnc = 3,62 + 4,79 = 8,41 cm Thay vào biểu thức tính nội lực tác dụng ta có : P = 24 (9,53 + 8,41) 0,6 = 258,3 KN * Tính mơ men uốn Từ cơng thức 3-7 mơ men uốn tính : P.h a c 258,3.5520,47 16,59 h b 255 17,93 M= Trong đó: b0 = bna + bnc = 9,53 + 8,41 = 17,93 cm h = + hc = 20 +25 = 55 cm a = - bna = 30 - 9,53 = 20,47 cm c = hc - bnc = 25 - 8,41 = 16,59 cm 38 Vậy M = 744 KN cm * Tính ứng suất uốn Ứng suất uốn xác định theo công thức 3-8: u 3 b a c h h b Thay giá trị vào biểu thức ta có: u 3.24.17,9320,47 16,59 5555 17,93 3,4 KN/cm2 * Tính độ võng: M.l Độ võng xác định theo công thức 3-10 : f = 8.E.J S.h 0,8.55 12 Trong J = 12 ; E = 2,1.104 KN/cm2 Thay giá trị vào cơng thức tính độ võng ta có: 744.150 12 , 10 , 55 f.= 9.10-3 cm Bài tập 2: Tính độ võng hàn đắp có kích thước sau: S = 8mm; l = 1500 mm; h=50 mm; lớp đắp có c = mm; vật liệu chế tạo thép bon thấp có 24 KN cm KN/cm2 3.3 Tính ứng suất biến dạng hàn góc 3.3.1 Tính ứng suất biến dạng hàn kết cấu chữ L hình 3- Khi hàn kết cấu chữ L thường phát sinh ứng suất biến dạng, ứng suất biến dạng xác định sau a - Tính lực tác dụng: P = Fc b n S (3- 11) (Vì Fc = bn S) b- Tính ứng suất phản kháng: Theo lý thuyết lực tác dụng lực phản kháng ta cóHình 3-4 P = Pk = FC FK 2 FC FK = 2.b n S b n 2.h b n .S h b n 39 2 Vậy: b n h bn (3- 12) c- Tính mơ men uốn: Mơ men uốn xác định sau P1 h M1 = Trong P1 lực tác dụng lên tấm, xác định sau P1= P Mômen tác dụng tổng hình học mơ men nội lực M = M1 cos 2 p1 h ph cos cos 2 M= (3-13) Khi giống hàn đắp vào mép tấm, lúc ta có M= ph Khi 180 giống hàn giáp mối nhau, lúc M=0 Ứng suất mơ men uốn sinh tính sau: M w Độ võng xác định sau: Ml f= EJ (3-14) Trong M mô men uốn, l chiều dài kết cấu, E mô dun đàn hồi, J mô men tĩnh 3.3.2 Ứng suất biến dạng hàn kết cấu chữ T Kết cấu chữ T gồm tấm, đế vách, hàn với mối hàn góc hình vẽ 3-5 Hình 3-5 40 Vùng ứng suất tác dụng sinh xác định sau: Fc= (2b1+ 2b21 + S2 ) S1 + ( b1 + b22 )S2 +K2 (3-15) Nội lực tác dụng dọc trục P ứng suất phản kháng xác dịnh sau: P= Fc 2 (3-16) P F Fc (3-17) Các lực tác dụng biểu diễn hình vẽ Nếu biến uốn ngang nhỏ không đáng kể, lúc ta có: P = 2P1 + P2 Trong đó: P1 nội lực phản kháng nội lực phản kháng đế, xác định sau: h1 bn1 P1= S2 S1 (3-18) P2 nội lực phản kháng vách xác định sau: P2 = h2 bn S (3-19) Mô men uốn M nội lực tác dụng lên kết cấu là: M = P2 y2 - 2P1 y1 (3-20) Trong y1, y2 khoảng cách từ điểm đạt lực phản kháng 2P1 P2 đến trọng tâm vùng vùng ứng suất tác dụng, đồng thời điểm điểm đạt tác dụng P Nếu kết cấu hàn để tự q trình hàn tác dụng mơ men uốn M bị uốn sinh ứng suất uốn xác định sau: M W Do ảnh hưởng mô men uốn mà liên kết bị cong sau hàn, tạo độ võng độ võng xác định sau: M l fmax= 8EJ (3-21) 41 3.4 Các biện pháp giảm ứng suất biến dạng hàn 3.4.1 Các biện pháp kết cấu cơng nghệ Trong q trình gia công kết cấu hàn để hạn chế biến dạng xảy thiết kế kết cấu hàn cần ý số vấn đề sau: - Sử dụng vật liệu nên dùng loại vật liệu có tính hàn tốt, có độ dẻo cao Khơng nên bố trí đường hàn giao nhau, cố gắng giảm tối đa mối hàn góc thay mối hàn giáp mối - Khi lắp ghép kết cấu phải tránh mối hàn đính tạo thành mối ghép cứng, sử dụng đồ gá cho hàn kim loại tự co giãn - Khi hàn càn ý số vấn đề sau: + Đối với chế tạo từ nhỏ, trước hết phải hàn mối hàn ngang để tạo thành giải riêng biệt sau hàn giải với tạo thành lớn + Khi hàn kết cấu dầm cần hàn mối hàn nối đế, vách sau bắt đầu hàn mối hàn góc liên kết đế vách + Khi hàn kết cấu thùng chứa bể chứa hình trụ cần hàn đường hàn dọc vịng, sau hàn vòng lại với + Khi hàn nhiều lớp nhiều đường, lớp sau có hướng ngược với lớp hàn trước 3.4.2 Các biện pháp khử biến dạng Trong trường hợp hàn đường hàn bố trí đối xứng hàn phía đồng thời, biến dạng sinh ra, phía có chiều ngược nhau, kết chúng bị triệt tiêu bị giảm xuống nhỏ Nếu hàn số kết cấu tạo biến dạng ngược cố gắng lắp ghép để hàn tạo thành biến dạng ngược, thông thường hàn kết cấu dễ thực phương pháp 3.4.3 Kẹp chặt chi tiết hàn Chi tiết kẹp chặt loại đồ gá có đủ độ cứng vững để trình hàn biến dạng sinh bị khống chế cưỡng bức, sử dụng phương pháp trình gia cơng cần tính đến gia tăng nội ứng suất 3.4.4 Các phương pháp giảm ứng suất a - Phương pháp tạo lực ép lên mối hàn: Đây phương pháp mà sau hàn xong người ta dùng biện pháp tác dụng lên mối hàn lực ép đủ lớn để triệt tiêu ứng suất tồn mối 42 ': ứng suất kéo cho phép mối hàn Dạng q trình cơng nghệ Ứng suất cho phép mối hàn kN/cm2 Kéo []k’ Nén []n’ Cắt []’ Nhóm []k []k 0,65[]k Nhóm 0,9[]k []k 0,6[]k Nhóm 1: Gồm mối hàn thực hàn tự động, bán tự động hay hàn hồ quang tay với que hàn chất lượng cao N42A N50A Nhóm 2: Gồm mối hàn thực hàn hồ quang tay với que hàn chất lượng thường * Tính liên kết cánh vào nút: (Thanh cánh liên tục qua nút) Nt = N = N1 – N2 - Lực tính tốn: 0,10N1 Với: N1 , N2: nội lực cánh bên nút - Trường hợp có lực tập trung P nút (thường nút cánh trên): N t (N P.sin ) ( P cos ) Trong đó: góc cánh trục ox c Tính nút nối cánh * Nối thép góc tương đương Được dùng cánh nối có bề dày Vị trí nối tâm nút hay cạnh nút dàn - Điều kiện thép nối: Ft.nối ≥ Ft.cơ - Liên kết thép góc nối với thép bản: tính theo nội lực cánh Hình Nối thép góc tương đương Các bước tính tốn + Xác định diện tích tiết diện thép góc dùng để nối 94 Vì cánh có chiều dầy nên dùng nối thép góc có số hiệu loại với thép góc làm cánh Để tiện cho việc liên kết cần cát bớt cánh đứng thép góc nối đoạn = 2.Sg gọt xiên sống thép góc cạnh 1,2.Sg Vậy diện tích tiết diện cịn lại thép góc nối là: Fn = Fg - .Sg – 0,5 (1,2.Sg)2 + Diện tích quy ước dùng để tính mối nối gồm có diện tích thép góc phần nút có bề cao bề rộng cánh đứng thép góc làm cánh: Fqư = Fn + Sm bg + Ứng suất mối nối: N2 k Fqu (N2 nội lực lớn cánh) + Liên kết thép góc nối với cánh tính theo lực: Nn = Fn + Liên kết thép góc nối với cánh đường hàn có hh với chiều dài yêu cầu đường là: lh Nn 2 .h h , + Liên kết cánh nút tính theo lực: Nc = Sm bg + Chiều dài đường hàn liên kết cánh nút phía sống là: l hs Nc bg z0 h h , bg 1 + Chiều dài đường hàn liên kết cánh nút phía mép là: l hs Nc h h , z0 1 bg (Các chiều dài đường hàn xác định theo tính tốn lhs lhm nhỏ nhiều so với cấu tạo) * Nối thép Cách nối có tính vạn năng, sử dụng cánh nối có bề dày khác 95 Sự làm việc: Một phần lực cánh truyền qua ghép, phần lại nút chịu Khi cánh có chiều dầy khác nên dùng nối nối Điểm nối nên bố trí cách điểm hội tụ khoảng 300500mm phía cánh có lực nhỏ - Diện tích yêu cầu nối (Fn) tính theo Nn N n 1,2.N1 bg Z tb bg Trong đó: Z tb Hình 10 Nối thép Z 01 Z 02 1,2: hệ số an toàn bg: bề rộng cánh nhỏ N1: nội lực cánh nhỏ Fn Nn k Thép CT3: k = 21 kN/cm2 - Bề rộng nối (bn) lấy theo bề rộng cánh ngang théo góc lớn trừ khoảng cách trống với nút (40mm) cộng thêm bề rộng phủ (20mm) bn = bcánh lớn – 40 +20 (mm) - Từ xác định bề dày nối: Sn Fn bn Chú ý: Cần kiểm tra lại điều kiện để diện tích nối khơng nhỏ diện tích tiết diện cánh nối: Fn = bn Sn > Fg Ngoài nối, nút tham gia nhiệm vụ nối với chiều cao quy ước hai lần bề rộng cánh đứng thép góc cánh lớn Fm = Sm b g 96 Vậy ứng suất phần nút tham gia nối: 1,2 N1 N n phải thỏa mãn điều kiện k = 21kN/cm2 (CT3) Fm Chiều dài tính toán đường hàn để liên kết nối với thép góc là: l h Nn 0,7.h h , Đường hàn liên kết cánh với nút tính theo lực lớn của: 1,2N1 – Nn 0,5 1,2N1 Chiều dài cần thiết đường hàn phía sống là: l hs b g z tb N max1 1 bg , h h Chiều dài cần thiết đường hàn phía mép là: l hm N max1 z tb b h h , g Đường hàn liên kết cánh với nút tính theo lực lớn của: 1,2N2 – Nn Và 0,5 1,2N2 Chiều dài cần thiết đường hàn phía sống là: l hs b g z tb N max 1 bg , h h Chiều dài cần thiết đường hàn phía mép là: l hm N max z tb b h h , g Ví dụ 1: Tính nối cánh nút hình vẽ Thanh cánh có nội lực tính tốn 594KN 596KN, làm thép góc khơng cạnh L140 x 90 x có F=18cm2 Bản nút có chiều dày 14mm 97 40 2L 10x8 x6 80 2L 2L 0x 11 50 2L 140x90x8 N2 N1 Z0 ls 15 25 lh Giải: + Xác định diện tích tiết diện thép góc dùng để nối Vì cánh có chiều dầy nên dùng nối thép góc có số hiệu loại với thép góc làm cánh Để tiện cho việc liên kết cần cắt bớt cánh đứng thép góc nối đoạn = 2×Sg = 2×0,8 ≈ 1,6mm gọt xiên sống thép góc cạnh 1,2.Sg = 1,2×0,8≈1,0mm Vậy diện tích tiết diện cịn lại thép góc nối là: Fn = Fg - .Sg – 0,5 (1,2.Sg)2 = 18 – 1,5 0,8 – 0,5 12 = 16,3 cm2 + Diện tích quy ước dùng để tính mối nối gồm có diện tích thép góc phần nút có bề cao bề rộng cánh đứng thép góc làm cánh: Fqư = Fn + Sm bg = 16,3 + 1,4 = 28,9 cm2 + Ứng suất mối nối: N 596 = 20,6 KN/cm2 [] = 21 KN/cm2 Fqu 28,9 (N2 nội lực lớn cánh) + Liên kết thép góc nối với cánh tính theo lực: Nn = Fn = 20,6 16,3 = 336 KN + Liên kết thép góc nối với cánh đường hàn có hh = 6mm với chiều dài yêu cầu đường là: l hn Nn 336 = = 13cm 4.0,7.0,6.15 , .h h + Liên kết cánh nút tính theo lực: 98 Nc = ×Sm×bg = 20,6×1,4×9 = 260 KN + Chiều dài đường hàn liên kết cánh nút phía sống là: l hs bg z0 Nc 260 92 = 17cm 1 = 0,7.0,6.15 bg , .h h + Chiều dài đường hàn liên kết cánh nút phía mép là: l hs Nc z 260 1 = = cm b 0,7.0,6.15 2 .h h , g Ví dụ 2: Tính nối cánh nút Nút nối hai cánh V 125x8 có N1=-548KN, cánh V 160x10 có N2=-751KN Các thép góc có khoảng cách từ trọng tâm đến sống Z01=3,36cm Z02=4,3cm Các tiết diện thép góc F 1=19,7cm2 F2=31,4cm2, nút có chiều dày Sm=14mm Giải Vì cánh có chiều dầy khác nên dùng nối nối Điểm nối nên bố trí cách điểm hội tụ khoảng 300500mm phía cánh có lực nhỏ - Khoảng cách trung bình từ trọng tâm đến sống là: Z tb Z 01 Z 02 = 3,36 4,3 = 4cm L 160x10 160 14 40 160 40 125 14 125 L 125x8 50 500 Z02 Z01 N1 N2 40 99 - Diện tích yêu cầu nối (Fn) tính theo Nn N n 1,2.N1 Fn b g Z tb bg = 1,2.548.12,5 = 447 KN 12,5 Nn 447 = = 22cm2 (Thép CT3: [] = 21 kN/cm2) 21 - Bề rộng nối (bn) lấy theo bề rộng cánh ngang théo góc lớn trừ khoảng cách trống với nút (40mm) cộng thêm bề rộng phủ (20mm) bn = bcánh lớn – 40 + 20 = 160 – 40 + 20 = 140mm = 14cm - Bề dày nối: Sn Fn 22 = = 1,6cm = 16mm 14 bn Chú ý: Cần kiểm tra lại điều kiện để diện tích nối khơng nhỏ diện tích tiết diện cánh nối: Fn = bn Sn > Fg 14 1,6 = 22,4 > 19,7 Ngoài nối, nút tham gia nhiệm vụ nối với chiều cao quy ước hai lần bề rộng cánh đứng thép góc cánh lớn Fm = Sm b g = 14 12,5 = 35cm2 Vậy ứng suất phần nút tham gia nối: 1,2N1 N n 1,2.548 447 = = kN/cm2 35 Fm thỏa mãn điều kiện [] = 21kN/cm2 Chiều dài tính tốn đường hàn để liên kết nối với thép góc là: l h Nn 447 = = 71 cm , 0,7.h h 0,7.0,6.15 Đường hàn liên kết cánh với nút tính theo lực lớn của: 1,2N1 – Nn = 1,2 548 – 447 = 211 KN Và 0,5 1,2N1 = 0,5 1,2 548 = 329 KN 100 Chiều dài cần thiết đường hàn phía sống là: l hs b g z tb N max1 1,2.329 12,5 = 22 cm 1 = , , 15 12 , b g .h h , Chiều dài cần thiết đường hàn phía mép là: l hm N max1 z 1,2.329 tb = = 10 cm bg 0,7.0,6.15 12,5 , .h h Đường hàn liên kết cánh với nút tính theo lực lớn của: 1,2N2 – Nn = 1,2 751 – 447 = 454 KN Và 0,5 1,2N2 = 0,5 1,2 751 = 451 KN Chiều dài cần thiết đường hàn phía sống là: l hs b g z tb N max 1,2.454 16 = 32 cm 1 = 0,7.0,6.15 16 bg , .h h Chiều dài cần thiết đường hàn phía mép là: l hm N max z 1,2.454 tb = = 14 cm b 0,7.0,6.15 16 2 .h h , g Ví dụ: Kết cấu chịu tải trọng hình vẽ Hãy tính tốn thiết kế dàn làm việc bảo đảm an tồn Biết d=2,5 m; l=10 m; vật liệu có []=28KN/cm2 P3=40 KN P2=30 P2=30 KN KN P1=20 P1=20 KN KN Bài giải: * Tính phản lực gói đỡ: Do dàn chịu tải trọng đối xứng ta có: 101 V A VB 140 70 KN Vì dàn làm việc đối xứng tính tốn ta càn tính cho nửa dàn sau lấy đối xứng tương ứng phần tử dàn - Tính ứng suất []h Theo lý thuyết bền ta có cơng thức tính ứng suất cho phép sau: []h=0,5[]K=0,5.28=14 KN/cm2 - Tính chiều cao dàn Để xác định chiều cao dàn ta chọn tỷ lệ h h 1m l 10 Xác định góc góc hợp biên biên Góc xác định sau: tg h 0.2 11,30 2d 2.2,5 * Tính ứng lực dàn Do dàn đối xứng ta dùng mặt cắt 1-1 2-2 để xác định ứng lực dàn, mặt cắt thể hiình vẽ Q trình tính tốn thực sau Lập điều kiện cân mặt cắt 1-1 P P S S V B S Ta có phương trình cân sau: M1=d.P2+2dP1+hcos.S3+hS2-2dVB=0 (1) MY= d.P2+2dP1-2dVB- hcos.S1=0 (2) MA= d.P2+2dsin.S1=0 (3) Giải phương trình (2) ta có S1 dP2 2dP1 2dVA 2,5.30 2.2,5.20 2.2,5.70 178,5KN h cos cos11,30 Giải phương trình (3) ta có 102 S3 d P2 2,5.30 75,6KN 2d sin 2.2,5 sin 11,30 Thay S3 vào phương trình (1) ta có: S2 2dVB dP2 2dP1 h cos 2.2,5.70 2,5.30 5.30 1.0,92.75,6 250 KN h Lập điều kiện cân mặt cắt 2-2 ta có phương trình cân sau: S P S V A M2= VA.d-P1d-S5.(1/2).h=0 (4) M2= VAd+S4(h/2)cos-P1d=0 (5) Giải phương trình (4) ta có: S5 70.2,5 20.2,5 250 KN h Giải phương trình (5) ta có: S4 20.2,5 70.2,5 225 KN 1.0,92 Để xác định nội lực chống dàn ta dùng phương pháp tách nút, nút tách nút đỉnh, nút trung gian, sau tách nút ta thành lập phương trình cân bằng: P + Tách nút đỉnh: S S 1 S 103 Lập phương trình cân Y=-P3-2S1sin-S6=0 (6) Giải phương trình (6) ta có: S6=-40-2.(-178,5).0,16=30KN + Tách nút trung gian hình 5-11 P S S S S Y=-P2-S7-Ssin-S3sin+Ssin=0 (7) Giải phương trình (7) ta có: S7=S1sin-P2-S4sin-S3sin S7=-178,5.0,16-30+255+75,6.0,16=6KN * Tính tốn nặt cắt ngang cho phần tử dàn Diện tích mặt cắt ngang phần tử dàn xác định sau: Tính mặt cắt ngang biên chịu kéo FYC N K 250 8,93cm 28 Tính biên chịu nén: FYC N K 250 16cm 28.0,5 Tính giằng, trụ Các giằng, trụ chọn kích thước nhau, để thuận lợi cho q trình gia cơng Việc tính tốn thực theo cơng thức sau: FYC S max 75,6 5,4cm K 28.0,5 Ở tính tốn ta chọn giằng chống có ứng lực lớn để tính tiết diện ngang cho tất 104 * Xác định số hiệu mặt cắt ngang phần tử Các phần tử chế tạo dàn kèo nhà hầu hết dùng loại thép góc L, ta tra bảng sổ tay vật liệu khí giáo trình sức bền vật liệu để xác định số hiệu loại thép L Đối với biên chịu nén ta dùng L 100.100.10 Đối với biên chịu nén ta dùng L 70.70.7 Đối với giằng trụ ta dùng L 63.63.6 * Tính độ bền mối hàn Chiều dàu mối hàn thah giằng xác định theo công thức L N 75,6 19,4cm 0,7.K h 0,7.0,4.14 Ta chọn chiều dài L=20cm Do giằng trụ bố trí mối hàn chiều dài xác định sau L1 0,7.L 0,7.20 14cm L2 20 14 6cm Do thép góc chịu tác dụng lực kéo nén phân bố khơng phía, phía gần góc vng, tức phía gần tâm hơn, lực tác dụng lớn tính N1=0,7N Chiều dài mối hàn nối đỉnh với biên xác tính sau: L N 178,5 30cm 0,7.K h 0,7.0,6.14 - Chiều dài mối hàn nói với biên xác định sau: L 2.S cos q 17,84cm 2.0,7.K h 0,7.0,6.14 (q lực tổng hợp chiếu trục X, lực gây kéo biên dưới) - Chiều dài mối hàn biên nút đế: Chiều dài mối hàn biên nút đến tính theo cơng thức: L S4 225 37,5cm 0,7.K h 0,7.0,6.14 Chiều dài mối hàn biên nút đế 105 L S5 250 41,7cm 0,7.K h 0,7.0,6.14 Nhưng hàn hai phía chiều dài đường hàn số: L1=0,7L=0,7.41,7=29,2cm L2= 41,7-29,2=12,5cm Ví dụ: Tính tốn kích thước bình sinh khí có dung tích 40 lít, sản lượng khí 2000lit/giờ, áp suất làm việc 1,5 at, vật liệu có K 20 KN / cm Bài giải: * Xác định kích thước bình - Xác định chiều cao bình Với loại bình sinh khí loại nhỏ, ta chọn trước chiều cao bình, chiều cao bình chọn giới hạn sau: h = 500 650 mm Như theo giới hạn ta chọn chiều cao bình h= 500 mm - Tính đường kính bình Đường kính bình tính sau: D t V= h Thay giá trị vào biểu thức ta có Dt 4V 4.40 3,2dm 32cm h 3,14.5 Vậy đường kính bình Dt= 320 mm - Tính chiều dày bình Theo cơng thức (5-14) ta có: S= P.Dt 1,5.320 c 1,7 2mm 200. K P 200.0,7.20 1,5 Vậy ta chọn S = 2,5 - mm để đãm bảo điều kiện bền - Tính chiều dày đáy bình Chiều dày đáy bình xác định theo công thức (5-15) sau: 106 P.Dt D t c Sd = 400.Z K P 2.ht Thay giá trị vào biểu thức ta có: 1,5.320 320 1,7 2mm Sd = 400.1.20 1,5 2.65 Để đảm bảo điều kiện bền ta chọn Sd = 2,5 - (mm) 107 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Tiến Đào (2006), “ Công nghệ chế tạo phôi”, NXB Khoa học Kỹ thuật [2] Trần Văn Giản (1978), “ Khai triển hình gị”, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật [3] Trần Văn Niên (2001), “Thực hành kỹ thuật Hàn - Gò”, NXB Đà Nẵng [4] Nguyễn Văn Thông (1998) “Vật liệu Công nghệ hàn”, NXB Khoa học Kỹ thuật [5].Trường Đại học Cơng nghiệp Hà Nội (2003), “ An tồn lao động gia công kim loại - Dự án JICA-HIC” [6] The James F.Lincoln Arc Welding Foundation (1990) “Metal and How to weld them” [7] The Lincoln Electric Company (USA) by Richart S.Sabo (1995) “The Procedure Handbook of Arc Welding” [8] ASME Section IX (2007) “Welding and Brazing Qualifications”, American Societyt mechanical Engineer [9] AWS D1.1 (2008) “Welding Structure Steel”, American Welding Society [10] The Welding Institute (TWI), “Welding Inspection”, Training and Examination Services [11] Các trang web: www.aws.org www.asme.org 108 ... phải hàn mối hàn ngang để tạo thành giải riêng biệt sau hàn giải với tạo thành lớn + Khi hàn kết cấu dầm cần hàn mối hàn nối đế, vách sau bắt đầu hàn mối hàn góc liên kết đế vách + Khi hàn kết cấu. .. 3, 62 cm b2a = k2 (ha - b1 ) = 0 ,22 4.( 30 - 3, 62 ) = 5,91 cm (k2 chọn theo biểu đồ k2 = 0 ,22 4) bna = 3, 62 + 5,91 = 9,53 cm - Tính bnc: bnc = b1 + b2c b1 tính có giá trị b1 c ta có b1 = 3, 62 cm... ( 3- 4) Trong đó: - q lượng hữu ích nguồn nhiệt q= 0 ,24 .uh Ih (calo/s) ( 3- 5) ( 0,75 hàn hồ quang tay ; 0,9 hàn tự động) - v vận tốc hàn (cm/s) - S0 chiều dày tính tốn kết cấu hàn -