Akademia Techniczno-Rolnicza

im. J. i J. Śniadeckich

w Bydgoszczy

Wydział Mechaniczny

Katedra Podstaw Konstrukcji Maszyn

LABORATORIUM PODSTAW KONSTRUKCJI MASZYN

Temat: Badanie rozkładu naprężeń trących w spoinie pachwinowej

Studium Magisterskie

Semestr IV

Grupa A

Zespół 2

Skład zespołu:

1. Maciej Bedczak

2. Marek Skajewski

3. Krzysztof Gajewski

Bydgoszcz

Rok Akademicki 2005/2006

CEL ĆWICZENIA

Celem ćwiczenia jest doświadczalne wyznaczenie rozkładu naprężeń tnących w spoinie pachwinowej wzdłużnej oraz jego porównanie z rozwiązaniem analitycznym.

WPROWADZENIE

Połączenia spawane zaliczamy do połączeń nierozłącznych, w których części złączone lub łączące (łączniki) ulegają uszkodzeniu w wypadku rozłączenia.

Spawaniem nazywamy łączenie metali przez ich miejscowe stopienie.

Rozróżnia się następujące metody spawania:

- gazowe

- elektryczne

- atomowe

- plazmowe

W konstrukcjach spawanych występują spiętrzenia naprężeń, co jest niekorzystne ze względu na wytrzymałość połączeń. Dotyczy to m. in. spoin pachwinowych wzdłużnych.

Spiętrzenia naprężeń tnących w konstrukcjach spawanych są powodowane przez:

a) wady technologiczne, tj. pęcherze gazowe, pory, wtrącenia żużlowe, przepalenia, brak przetopu

b) niewłaściwe obrysy spoin

c) nieracjonalne konstrukcje połączeń, polegające na projektowaniu spoin ciągłych równolegle do kierunku obciążenia.

Rysunek badanego połączenia

T_1, T_2, T_3, T_4, T₅ - tensometry Dane pomiarowe:

P - siła obciążająca połączenie spawane l = 121 mm

x_1, x_2, x_3, x₄, x₅ - rozmieszczenie tensometrów F₁= 90 mm²

l - długość obliczeniowa spoiny F₂= 180 mm²

a - grubość obliczeniowa spoiny a = 1,75 mm

F₁, F₂ - przekroje poprzeczne blach

Schemat stanowiska pomiarowego

1 - korpus stanowiska

2 - ułożyskowana ślizgowo

w korpusie dźwignia

3 - badana próbka spawana

z naklejonymi czujnikami

tensometrycznymi

4- śruba górna z naklejonym

tensometrem

5- śruba dolna

6- nakrętka rzymska

7- mostek tensometryczny

Stanowisko laboratoryjne do badań spoin pachwinowych zbudowane jest ze spawanego korpusu 1 z ułożyskowaną ślizgowo w jego górnej części dźwignią 2.

Próbkę z naklejonymi tensometrami obciąża się siłą rozciągającą za pomocą urządzenia naciągowego, złożonego ze śrub 4, 5 i nakrętki rzymskiej 6. Na śrubie 4 umieszczono tensometr 4', który za pośrednictwem mostka tensometrycznego 7 pozwala na pomiar siły wywoływanej przez urządzenie naciągowe. W celu pomiaru odkształceń pasów połączenia zostały na nich naklejone tensometry.

OBLICZENIA

siła obciążająca połączenie spawane:

σ - naprężenie w siłomierzu

urządzenia naciągowego

F_S - przekrój siłomierza

k - przełożenie dźwigni (k=6,5)

E - moduł Younga

ε - odkształcenie względne

rozkład umownych naprężeń tnących

P - siła rozciągająca złącze N

a - grubość obliczeniowa spoiny

l - długość obliczeniowa spoiny

teoretyczny charakter rozkładu naprężeń w spoinie dla F₁=F₂=F

Naprężenia rozciągające

doświadczalny rozkład naprężeń w spoinach

σ_i, σ_i+1 - naprężenia rozciągające

w pasie mierzone w „i+1” oraz

„i-tym” punkcie tensometrycznym

x_i, x_i+1 - odległości „i+1” oraz „i-tego”

punktu tensometrycznego od

początku złącza

TABELA POMIAROWA

Odległość punktów tensometrycznych	Wskazanie mostka tensometrycznego	Naprężenie rozciągające	Naprężenie tnące doświadczalne	Naprężenie tnące teoretyczne
xi mm	εi	σxi MPa	τxi MPa	τx MPa
x1 = 13 x2 = 38 x3 = 65 x4 = 87 x5 = 110	133 103 101 91 57	27,93 21,63 21,21 19,11 11,97	12,96 0,80 4,91 15,97 -	18,62 18,62 18,62 18,62 18,62
Pola przekrojów blach F1 = 90 mm^2, F2 = 180 mm^2 Zadana siła P = 15,8 kN, średnica śruby nakrętki rzymskiej d = 10 mm

WNIOSKI

Na podstawie przeprowadzonych pomiarów wynika, że naprężenia rzeczywiste różnią się od naprężeń teoretycznych. Naprężenia teoretyczne są stałe na całej długości spoiny, natomiast naprężenia rzeczywiste zmniejszają się wraz z odległością od brzegu spoiny. Wynika z tego,

że przy dużej długości spoiny naprężenia w jej środku są równe zero (wykres poniżej).

σ

Stąd praktyczne ograniczenie długości ciągłych spoin pachwinowych do l ≈60a

(a - wymiar charakterystyczny spoiny), gdzie naprężenia przenosi cała spoina. W przypadku dłuższych połączeń kładzie się spoinę przerywaną co zmniejsza naprężenia spawalnicze i zwiększa ekonomiczność procesu spawania.

---