1.1 Проверка соединения на изгиб. Профиль трубы 40х40х3

[prones]

Доброго времени суток, как меня попросили разделяю темы.

1.) а. Соединение  двух квадратных труб 40х40 посредством шпильки. Я проводил расчеты , беря данные по моменту сопротивления(W) из госта 8639-82 и сигмы т (предела текучести) для материалов под этот гост. И пользуясь формулой M/WRY <1 .  Вычисляешь момент, принимаешь значения R как сигму т и Условие прочности на изгиб проходит. Но у меня есть отверстие 10 мм, это концентратор напряжения и мне надо узнать его значение. Поискал по нету, нашел табличку, где по отношению высоты детальки и диаметра отв. находиться коэффициент и он был от 3 до 3.7. В чем загвоздка если использовать, этот коэффициент то прочность на изгиб не получается. В итоге подумал и взял материал 10ХСНД, и то не уверен, не будет ли прорыва или трещин в месте соединений.
А срез шпильки, вроде худо-бедно посчитал ,и сам, и по онлайн сервису, принял прочность 5.8
б. Как рассчитать, на сколько надо сместить  отв. от края, чтоб металл не прорвало?

И скинул свои расчеты, как их вижу по логике. Есть ли там какая либо логическая ошибка?

[Falcon555]

Укажите где у вас опора. Силы видны, а где граничные условия?

[Kirilius83]

В рассчеты не вникал, но как считаю я:
Берем самое опасное сечение - это там, где момент максимальный а размер минимальный. В данном случае это как раз на оси, но бывает что не все так однозначно, тогда надо считать все подозрительные места.

Соответственно имеем сечение трубы по оси, и в этом месте по середине металла нет. Так сечение и вычерчиваем, и считает момент сопротивления этого сечения. Если считать лень - пинаем компас, пусть посчитает: библиотеки - прикладная - прочие - расчет МЦХ.
ОК, W мы нашли, считаем М, после считаем сигму в сечении. Все, дальше понятно.

ЗЫ впринципе, такое отверстие по оси достаточно мало ослабляет трубу/вал, и если запас прочности большой (в 3..4 раза и  более) то можно мелкие отверстия и не считать. Но лучше конечно не ленится и посчитать, так надежнее. Это потом уже, когда конструкция вылизана и обсчитана кучу раз, уже знаешь где надо считать а где запаса хватит.

[prones]

Укажите где у вас опора. Силы видны, а где граничные условия?

Опоры на упрощенной схеме, слева подвижная опора , там подшипник катается по направляющей, справа неподвижная опора (ось вращения в виде шпильки М10 кл.пр 5.8).  Граничные условия это 0 и 1754 мм. Прогиб я не считал. Меня интересовал только изгиб.

[prones]

В рассчеты не вникал, но как считаю я:
Берем самое опасное сечение - это там, где момент максимальный а размер минимальный. В данном случае это как раз на оси, но бывает что не все так однозначно, тогда надо считать все подозрительные места.

Соответственно имеем сечение трубы по оси, и в этом месте по середине металла нет. Так сечение и вычерчиваем, и считает момент сопротивления этого сечения. Если считать лень - пинаем компас, пусть посчитает: библиотеки - прикладная - прочие - расчет МЦХ.
ОК, W мы нашли, считаем М, после считаем сигму в сечении. Все, дальше понятно.

ЗЫ впринципе, такое отверстие по оси достаточно мало ослабляет трубу/вал, и если запас прочности большой (в 3..4 раза и  более) то можно мелкие отверстия и не считать. Но лучше конечно не ленится и посчитать, так надежнее. Это потом уже, когда конструкция вылизана и обсчитана кучу раз, уже знаешь где надо считать а где запаса хватит.

Эти вещи как раз и сделал, вопрос конкретно, в том , что у меня сторона профиля 40, и в нем отверстие 10, тобишь остается по 15 мм на сторону, какой будет коэффициент концентрата напряжения. Я в нете искал и в основном говорят исходя из практики, или нашел табличку где он варьируется в зависимости от отношения стороны к диаметру от 3 до 3.7, это очень жестко и много.  Скорее всего, тупо обварю усилением это место, но опять же хочется понимать процесс и расчет, к примеру какую минимальную пластинку надо приварить для усиления слабого места.

[Kirilius83]

По вычислению изгибающего момента: считайте самый худший случай. Это когда груз ляжет на край платформы (на самый угол!), и работать будет только одна сторона. Потому берем балку горизонтальном положении, с одного конца 300 кг, опирается серединой на ось и концом в раму. Фактически, это стандартная балка на двух опорах - реакции на опорах по 300 кг, в середине сила 600 кг. Формула табличная, подставляем и считаем момент. Ну и палец потом на 600 кг пересчитать.

Да, по такой упрощенной методике конструкция получится более монструозной (я бы еще и нагрузку раза в два увеличил для надежности, там ведь и уронить могут, и рывки есть - в динамике нагрузка выше) - но зато запас прочности будет, и если её перегрузят то не сломается. Да и в любом случае, для подъемных механизмов запас должен быть 5..10, если не путаю. Учтите, рухнет на человека и доведут до расследования - запросто могут посадить, без шуток, прецеденты были.

[Kirilius83]

какой будет коэффициент концентрата напряжения.

Не надо считать концентрацию. Вы считаете своё сечение с этими оставшимися 15 мм на стороны - и его считаете на прочность. Все.
Является ли вообще данное отверстие концентратором - вопрос спорный, т.к. концентраторы это резкие перепады, углы и трещины, а тут отверстие - там плавные переходы. Наоборот, в трещинах отверстия сверлят что бы концентратор убрать. Причем маленькое отверстие уже ближе к углу - но оно маленькое и ослабляет мало, при этом оно находится в оси поворота сечения, там в теории вообще нулевые напряжения. Большое отверстие ослабит больше - но концентратором будет меньше. Вот если бы отверстие было вертикальным, а не горизонтальным - тогда другое дело. Вообще, концентратор напряжения и элемент, ослабляющий сечение - это разные вещи, учитываются по разному.

[Kirilius83]

Да, и еще нюанс: жесткость конструкции.
По расчетам у вас все может проходить с запасом, но если при проверке изделия люди визуально увидят прогиб и прочие деформации - не факт что вы сможете их убедить что это норма и ничего не рухнет, все ведь видят - гнется! Я так с помостом нарывался - жаловались что страшно по нему ходить, шатается под человеком, особенно если попрыгать. Пересчитал - запас большой. Посчитал деформацию - все верно, на один-два сантиметра прогибается под человеком - и при ходьбе это заметно, а раз шатается то значит может сломаться. Хотя допустимые деформации более 5 см.

[Falcon555]

соглашусь с вышенаписанном. Не надо искать значения концентратора напряжений. Надо считать момент сопротивления сечения в опасном месте.

[Kirilius83]

да, еще по поводу толщины стенки: при изготовлении запросто могут на толщину не посмотреть и взять ту которая под рукой будет. и даже покупая нужную толщину может придти с другой толщиной, а проверять скорей всего никто не будет - ну труба 40х40, и ладно, а 3 или 2 мм стенка - не подумают. Потому либо считать по самой тонкой стенке (будет больше по факту - и ладно, прочнее будет), либо помнить что если возьмут тонкую - то сломается.

[prones]

В итоге построил и посчитал в солиде.
Действия: перемещение отверстий от краю, на 13 мм, а в месте Х пересечения приварю накладку 50х120х6 .