Методическое пособие по выполнению курсового проекта

МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ

по выполнению курсового проекта

Тольятти, 2016

Ф.И.О., должность

Методические рекомендации по выполнению курсового проекта (для студентов специальности 22.02.06 (150415) Сварочное производство.)

Методические рекомендации по выполнению курсового проекта являются частью учебно-методического комплекса (УМК) по профессиональному модулю ПМ.02 Основы расчета и проектирования сварных конструкций специальности 22.02.06 Сварочное производство.

Методические рекомендации определяют цели, задачи, порядок выполнения, а также содержат требования к лингвистическому и техническому оформлению курсового проекта, практические советы по подготовке и прохождению процедуры защиты.

Содержание

Общие положения, состав и содержание курсовой работы

Курсовой проект является одним из заключительных расчетно-графических заданий в период обучения в колледже. Проект может быть выполнен по заданию, выданному преподавателем. До начала проектирования студент должен согласовать с преподавателем задание, представив чертеж общего вида и словесно описав технологию его  расчета.

«Основы расчета и проектирования сварных конструкций»

Тема курсовой работы – «Расчёт и конструирование сварной балки составного сечения».

Целью курсовой работы является самостоятельная работа учащихся, позволяющая систематизировать, обобщить и расширить теоретические знания учащихся по специальным и общетехническим дисциплинам с использованием технической, сварочной литературой и ГОСТов.

Задачами курсового проекта являются:

- подбор сечения элементов конструкции по условиям прочности и жесткости;

- расчет сварных швов;

- конструирование узлов.

Исходными данными для выполнения курсового проекта являются:

- тип сечения колонны;

- нагрузки, действующие на колонну;

- высота колонны;

- материал;

Курсовая работа включает:

- Общую часть;

- Практическую часть;

- Заключение;

- Список использованных источников;

Введение

Во введении кратко изложите данные о развитии сварки и применении сварных конструкций в России и за рубежом. Поясните понятие «сварная конструкция», опишите ее преимущества перед другими видами конструкций. Какие виды сварки распространены в современной промышленности.

1. Общая часть

1.1 Описание конструкции

Подробно опишите части, из которых состоит сварная конструкция. Опишите назначение сварной конструкции, условия ее работы. Для этого изучите литературу.

1.2 Выбор и обоснование материала изделия

Выбор и обоснование производить с учетом следующих требований:

• обеспечение прочности и жесткости при номинальных затратах на изготовление с учетом максимальной экономии металла и снижения массы сварной конструкции;

• гарантированное условие хорошей свариваемости при минимальном разупрочнении и снижении пластичности в зонах сварных соединений;

• обеспечение надежности эксплуатации конструкции при заданных нагрузках, агрессивных средах и переменных температурах.

Обосновав выбор марки стали, необходимо указать химический состав и механические свойства стали в форме таблицы 1 и таблицы 2 соответственно.

Таблица 1.1 – Химический состав стали

Таблица 1.2 – Механические свойства стали

2 Практическая часть

2.1 Компоновка и подбор сечения

Определение расчетного усилия деталей на колонну

 = 0,75…0,85

Определяем требуемую площадь поперечного сечения стержня колонны А_тр, см²

где N - расчет нагрузки, кН

R_y – расчетное сопротивление металла, кН/см² [1, с. 41]

Так как сечение колонны состоит из двух швеллеров, находим требуемую площадь одного швеллера А_тр, см²

По таблицам сортамента подбираем близкую к требуемой площади, (А_тр) действительную площадь поперечного сечения одного швеллера (А_д) и вписываем геометрические характеристики швеллера:

• № швеллера;

• А_д см²;

• I_х, см⁴;

• I_у, см⁴;

• r_х, см;

• r_у, см;

• z_о, см.

Определяем действительное значение площади поперечного сечения стержня А_д, см²

А_д =2А_д

Определить гибкость стержня колонны относительно оси х-х, _х

где I_p – расчетная длина стержня колонны, зависящая от закрепления ее концов в соответствии с рисунком 1, см;

r_x – радиус инерции, см.

По _х определяем действительное значение коэффициента продольного изгиба _д [2, с. 248].

Проверяем стержень колонны на устойчивость , кН/см²

где у_с – коэффициент условий работы [2, с. 343].

Стержень колонны должен иметь минимальное сечение, удовлетворяющее требованию устойчивости. Недонапряжение и перенапряжение не должно превышать 5 %.

2.2 Определение расстояния между ветвями

Определить гибкость относительно свободной оси

𝜆_y = √𝜆_{x +} 𝜆_B

Находим радиус инерции сечения относительно свободной оси

r_y = L_p / 𝜆_y

Определяем расстояние между ветвями

B = r_y / a₂

Проверка: в ≥ 2 в₁ + в₀

2.3 Расчет соединительных элементов

Определяем расстояния I_в между соединительными планками 2 в соответствии с рисунком 2, см.

I_в=_в*r_у

где _в – гибкость одной ветви, _в=30…40;

r_у – радиус инерции одного швеллера 1 относительно собственной оси, см.

Определяем расстояние между швеллерами (b), исходя из условия равноустойчивости.

Для этого из условия равноустойчивости

Выражаем гибкость стержня относительно оси у-у, _у

Определяем необходимый радиус инерции сечения стержня r_y относительно оси у-у, см.

Определяем расстояние между ветвями колонны b, см.

Если полки швеллера расположены наружу в соответствии с рисунком 3

Расчетные размеры (b) округляем до целого четного числа.

Определяем геометрические характеристики сечения стержня.

Момент инерции сечения колонны относительно оси у-у I_у, см⁴

Если полки швеллера расположены внутрь, то а, см⁴

Если полки швеллера расположены наружу, то а, см

Определяем действительное значение радиуса инерции сечения стержня относительно оси у-у, r_у, см.

Определяем действительную гибкость стержня колонны относительно осу у-у, _у

Определяем приведенную гибкость стержня, _пр

Если _пр_х, то сечение стержня подобрано правильно и стержень на устойчивость не проверяем.

Если _пр_х, то _пр определяем действительный коэффициент продольного изгиба _д и производим проверку стержня колонны на устойчивость.

Определяем условную поперечную силу F_усл, кН, возникающую в сечении стержня как следствие изгибающего момента.

Для сталей с _в до 330 МПа

F_усл=0,2*А_д

Для сталей с _в до 440 МПа

F_усл=0,3*А_д

Определяем силу Т, срезывающую планку, при условии расположения планок с двух сторон, кН

Определяем момент М, изгибающий планку в ее плоскости, кН см, при условии расположения планки с двух сторон, в соответствии с формулой.

Принимаем размеры планок.

Высота планки d_пл, см.

d_пл=(0,5…0,7)d

Толщина планки S_пл, см.

Причем толщина планки принимаем S_пл = 10…12 мм.

2.4 Расчет базы колонны

База служит для распределения нагрузки от стрежня равномерно по площади опирания и обеспечивает закрепление нижнего конца колонны.

База – состоит из опорной плиты и траверс. Для уменьшения толщины плиты, если по расчету она получилась больше номинальной, ее укрепляют ребрами жесткости. Анкерные болты фиксируют правильность положения колонны относительно фундамента.

Определяем требуемую (расчетную) площадь опорной плиты А_р в соответствии с рисунком 5, см²

где N – расчетное усиление в колонне, кН;

R_см⁶ – расчетное сопротивление бетона (фундамента) на смятие,

R_см⁶=0,6…0,75 кН/см²

Определяем ширину опорной плиты В, см

В=h+2S_ТР2С

где h – высота сечения профиля, см;

S_ТР – толщина траверсы, см (S_ТР=1,2S_пл);

С – консольная часть опорной плиты, см

С=10…15 см.

Окончательный размер В_д принимаем согласно ГОСТ 82-70 [2, с. 358].

Определяем длину опорной плиты L, см

Окончательную длину опорной плиты L_д принимаем по ГОСТ 82-70 [2, с.358] в зависимости от конструкции сечения.

Определяем действительную площадь опорной плиты А_д, см²

А_д=В_дL_д

Определяем толщину опорной плиты S_оп.пл. из условия работы ее на изгиб.

Определяем изгибающий момент М₁ на консольном участке 1 по длине 10 мм, в соответствии с рисунком 5, кНсм

где _б – опорное давление фундамента, кН/см²

где А_д – действительная площадь опорной плиты, см².

Определяем изгибающий момент М₂ на участке 2, опирающемся с четырех сторон, кНсм

М₂=α_бh²

где α – коэффициент, зависящий от отношения более длинной стороны к более короткой на участке 2 – таблица 1.3.

Таблица 1.3 – Коэффициент для расчета плит, опертых с четырех сторон

Определяем изгибающийся момент М₃ на участке 3, кНсм

М₃=_бh²

где  - коэффициент, зависящий от отношения закрепленной стороны а к незакрепленной стороне h – таблица 1.4.

Таблица 1.4 – Коэффициент для расчета плит, опертых с трех сторон

Толщину плиты S_оп.пл. определяем по максимальному из трех изгибающих моментов, мм

Диаметры анкерных болтов принять конструктивно:

- для шарнирных баз d=20…30 мм.

- для жестких баз d=24…36 мм.

Для жестких баз применяем анкерные плиты 5, которые привариваются к траверсам в процессе монтажа колонны в соответствии с рисунком 6.

Толщина анкерных плиток S_а=30…40 мм.

Ширина плитки b_а применяется в зависимости от диаметра анкерных болтов, мм

b_а=2,2d+(10…20)

Определяем суммарную длину сварных швов I_ш, прикрепляющих траверсу к ветвям колонны, см

где  - коэффициент, зависящий от способа сварки;

К_f – катет сварного шва принимается по наименьшей толщине металла по СНиП 11-23-81 (с.48. таблица 38), см.

Определяем высоту траверсы h_тр, см

2.5 Расчет оголовка колонны

Оголовок служит опорой для балок, ферм и распределяет сосредоточенную нагрузку на колонну равномерно по всему сечению стержня.

Давление на колонну передается на опорную плиту 6 – рисунок 7, а затем на опорное ребро 7 и через ребро 8 на ветви колонны и далее равномерно распределяется по сечению колонны. Поперечное ребро 9 препятствует скручиванию опорных ребер.

Принимаем толщину опорной плиты оголовка S_о.пл=16…25 мм.

Принимаем толщину опорных ребер S_р=14…20 мм.

Если опорная плита оголовка устанавливается на фрезерованные торцы опорных ребер, то катеты сварных швов, прикрепляющих опорную плиту к опорным ребрам, принимаются конструктивно:

- К_f=6 мм при S_о.пл=16…20 мм;

- К_f=8 мм при S_о.пл=16…25 мм;

С опорных ребер давление на стенку колонны передается через вертикальные угловые швы.

Определяем требуемую длину вертикальных угловых швов I_ш, см

где  - коэффициент, зависящий от способа сварки;

К_f – катет шва принимается по минимальной толщине металла, см.

Проверяем ребро на срез , кН/см²

где А_р – площадь ребра, см²;

R_s – расчетное сопротивление сдвигу, кН/см²

А_р=2S_рI_ш

2.6 Расчет траверсы

Высоту траверсы находят по формуле

h = (1/3 – 1/6) L_пл

Длину траверсы находят

L_mp = L_пл

Определяем толщину траверса

t_mp = (0,5 – 0,7) t_пл

2.7 Расчет сварных соединений

Проверка стержня к базе и оголовку

Длина сварных швов составит

Ʃ L_ω = 4h + 8b₁

Напряжение в данных сварных швах составит

Тω = N/β_t · K_f · Ʃ Lω ≤ R_wf · Y_c

R_wf = 0,55 · 0,85 · R_u

Приварка траверс к базе

Длина сварных швов составит

Ʃ L_ω = 4 · L_mp (46)

Определяем действительную площадь плиты

А = В_пл · L_пл

Находим действующее давление на плиту со стороны фундамента

p = N/A

Участок №1 и Участок №2 представляет собой консоль с равномерной нагрузкой от давления P, при этом изгибающий момент будет составлять

M₁ = P ˑ C²/2

M₂ = P ˑ C²/2

Участок №3 представляет собой плиту, опертую на четыре стороны, поэтому изгибающий момент будет действовать в двух направлениях сторон h и в

M¹₃ = K₁ ˑ Rȹ

Коэффициенты K₁ K₂ для расчета плит опертых по четырем сторонам составит

Определяем толщину плиты по формуле

t_пл = √6 M/Ry

Приварка траверс к стержню

Длина сварных швов составит

Ʃ L_ω = 8 ˑ h_mp

2.8 Расчет массы колонны

Масса стержня находят по формуле

m_cm = 2 ˑ H_{m1 nог м}

Масса планок находят по формуле

m_пл = t_пл ˑ b_пл ˑ L_пл ˑ ɣ ˑ n

Масса базы рассчитывают по формуле

m_δ = T_δ В_пл ˑ L_пл ɣ

Масса траверс рассчитывают по формуле

m_mp = t_mp ˑ h_mp ˑ (в + L_mp)/2 ˑ ɣ ˑ 2

Масса оголовка

m_ог = t_ог ˑ B_{ог ˑ} L_ог ˑ ɣ

Тогда, общая масса составит

m_ог = m_cm + m_пл + m_δ + m_mp + m_ог

Из этого следует что, масса наплавленного металла находится по формуле

M_{H m} = 2% ˑ m_ог

Масса колонны составит

m_k = m_ог + m_h

Список использованных источников

Основная

1. Маслов Б.Г., Выборнов А.П. Производство сварных конструкций: учебник  для студ.учреждений сред.проф.образования. . – М.: Высшая школа, 2008.

2. Куркин С.А., Николаев Г.А. Сварные конструкции. Технология изготовления, механизация, автоматизация и контроль качества в сварочном производстве. – М.: Высшая школа, 2009.

3. Куркин С.А., Ховов В.М., Рыбчук А.М. Технология, механизация и автоматизация производства сварных конструкций: Атлас. – М.: Машиностроение, 2009.

4. Сварка в машиностроении: Справочник:  4 т./ Под ред. Г.А. Николаева. – М.: Машиностроение, 2008 – 79. – Т.1 – 4.

5. Блинов А.Н., Лялин К.В. Сварные конструкции. – М.: Стройиздат, 2009.

        Дополнительная

1. Проектирование сварных конструкций в машиностроении / Под ред. Куркина С.А. – М.: Машиностроение, 2005.

2. Виноградов В.С. Технологическая подготовка производства сварных конструкций в машиностроении. – М.: Машиностроение, 2008.

3. Катаев А.М., Катаев Я.А. Справочная книга сварщика. – М.: Машиностроение, 2005.

4. Силантьева Н.А., Малиновский В.Г. Техническое нормирование труда в машиностроении. – М.: Машиностроение, 2000.