[avonder]

Доброго!

Возникли вопрос при расчете фланцевого соединения.

1. Расчет болтов. Я представляю как рассчитать болты если стержень работает на растяжение (просто берешь усилие, делишь на предельное сопротивление болта и получаешь количество). А что если стержень работает на изгиб? Фланец круглый, одни болты растягиваются, другие сжимаются, причем усилие распределится в разной пропорции. Как же рассчитать такие болты?

2. Сварной шов стыка трубы с листом фланца. Аналогично с первым пунктом, как рассчитать сварной шов при изгибе?

3. Толщина листа фланца. Тут хочется спросить про оба случая, растяжение/сжатие и изгиб. Как подобрать толщину?

Заранее спасибо.

[Verloc]

http://dwg.ru/dnl/1679 Ответит на все вопросы

[avonder]

Я с утра изучаю этот документ. Пока что не разобрался. )

Для труб там нашел информацию только для растяжения. На изгиб есть методика и примеры но они вроде как для балочных соединений (которые не с круглым листом).

[crosandr]

Сообщение от avonder Пока что не разобрался

Нескольких часов мало, чтоб в эту тему вникнуть. Было несколько тем (со ссылками на литературу в т.ч.), посвященных этой теме

[Kulrom]

Какая именно конструкция вас интересует?
Если "так вообще" - то сложно что-то посоветовать.
Если же будет эскиз, то скорее всего вам быстро ответят на этот вопрос.

[avonder]

Kulrom

Прикрепляю пример.
Консольная мачта 10м.
Момент на уровне 4м (уровень первого стыка фланцев) - порядка 1 т/м.
Фланцевый стык я спроектировал на глаз (принял болты М16, лист толщиной 20мм + ребра).
А как его правильно рассчитать?
1. Какие болты?
2. Какая толщина листа?
3. Наличие ребер?

Если кто-то может изобразить как должен выглядеть правильный расчет то прошу подсказать.

[Kulrom]

Сперва найди усилия в болтах.
Пренебрегаем собственным весом мачты, считаем что есть только момент. Момент делим на плечо, получаем усилие в 2-х болтах, делим на 2 получаем усилие в одном болте.
Плечо - расстояние от центра тяжести сжатой зоны до болтов (см. схему).
Болты, находящиеся ближе к нейтральной зоне не учитываем (в запас).
В первом приближении усилие в болте будет около 2,7-х тонн. Т.е твои 16-е болты 5.8 проходят, но внатяг, я бы поставил класс прочности 8.8, а лучше вообще высокопрочные (фланец ведь - надо контролируемое натяжение)

Усилия в болте есть - считаем сварной шов. Длина шва приходящегося на болт (опять же по минимуму на самом деле больше будет) примерно 4 см. при расчёте на ручную сварку и электроды Э42 получается катет 6 мм (так и пишем 6 мм, закладывай Св08Г2С полуавтомат.)

Фланец на изгиб: момент во фланце 5,4см*27кН=146кНсм
Момент сопротивления фланца 5,4*2*2/6 = 3,6 см3
напряжение = 45 кн/см2 многовато

делаем фланец 25 мм W=5.4*2.5*2.5/6=5.63 см3
напряжение 260 Мпа

Сталь С345-3 толщина фланца 25 мм. рёбра эти оставь, только тоже С345, катет шва 6 мм полуавтоматом, болты М16 40Х с контролируемым натяжением

Всё посчитано за 10 минут, пусть не точно (в расчёте не учтено влияние рёбер), но в сторону спокойствия сна проектировщика.

[avonder]

Kulrom

Спасибо за ответ. Первый дельный ответ по этому вопросу )).

фланец ведь - надо контролируемое натяжение

На сколько это обязательно? Есть ли подобное упоминание в нормативе?
Добавлено, вопрос снят, нашел в СП 16.13330.2011:
При проектировании фланцевых соединений следует: использовать высокопрочные болты, обеспечивающие возможность воспринимать поперечные усилия за счет сил трения между фланцами.

Длина шва приходящегося на болт (опять же по минимуму на самом деле больше будет) примерно 4 см. при расчёте на ручную сварку и электроды Э42 получается катет 6 мм

Почему 6мм? Толщина стенки трубы 4,5мм, наверное и катет не более 4,5мм должен быть. И сварку на ребрах тоже учесть нужно, предполагаю как-то усреднено.

Фланец на изгиб: момент во фланце 5,4см*27кН=146кНсм Момент сопротивления фланца 5,4*2*2/6 = 3,6 см3

А разве на изгиб будут работать не 2 фланца вместе, они ведь закреплены болтами? Может правильнее W=4,2*4*4/6 = 11,2 см3 ?

Сталь С345-3

Из СП 16.13330.2011:
При проектировании фланцевых соединений следует:
применять сталь для фланцев С255, С285, С345, С375, С390

То есть можно и ниже классом.

[Kulrom]

Сообщение от avonder Почему 6мм? Толщина стенки трубы 4,5мм, наверное и катет не более 4,5мм должен быть. И сварку на ребрах тоже учесть нужно, предполагаю как-то усреднено.

Хорошо, делай катет 5 мм 4.5*1.2=5.4, значит 5 мм можно.

Сообщение от avonder А разве на изгиб будут работать не 2 фланца вместе, они ведь закреплены болтами? Может правильнее W=4,2*4*4/6 = 11,2 см3 ?

Нет, на изгиб будет работать один фланец. Сам подумай, когда фланцевое соединение работает на рстяжение, то один фланец хочет вверх, другой вниз, и только болт им этого не даёт. В общем один фланец! Ты же вообще предлагаешь вычислить момент сопротивления не двух фланцев, а одного толщиной 40 мм.

Сообщение от avonder Из СП 16.13330.2011: При проектировании фланцевых соединений следует: применять сталь для фланцев С255, С285, С345, С375, С390 То есть можно и ниже классом.

Можно и ниже класом, но по прочности у тебя проходит только С345. Ну и я бы вообще не стал ставить на фланец что-то ниже классом, чем С345.

[avonder]

Kulrom

ОК, спасибо.
Более менее приблизительно ясно.
Но все-же очень хотелось бы найти более точную методику.

[Kulrom]

Более точно тебе могу посоветовать только в Ansys посчитать. Только тебе оно надо?

В сложных ситуациях инженер должен поступать просто!

[eilukha]

Плечо - расстояние от центра тяжести сжатой зоны до болтов (см. схему).

Плечо - расстояние от равнодейтвующей сжимающих напряжений в сечении присоединяемого профиля до болтов.

[Kulrom]

eilukha

Сообщение от eilukha Плечо - расстояние от равнодейтвующей сжимающих напряжений в сечении присоединяемого профиля до болтов.

а какая разница?

[eilukha]

разница?

- на Вашей схеме показан сжатый полукруг (т. е. фланец), а не полукольцо (т. е. профиль).
avonder, расчет Вашего фланца см. здесь на стр. 515, усилие в стержне берите без момента, а продольную растягивающую силу примите равной произведению площади профиля на фактическое максимальное растягивающее напряжение в профиле от изгиба.

[Kulrom]

eilukha

Сообщение от eilukha на Вашей схеме показан сжатый полукруг (т. е. фланец), а не полукольцо (т. е. профиль).

Во первых: центр тяжести полукруга ближе к центру чем полукольца, значит плечо меньше - усилие больше, значит в запас пойдёт. Во вторых:не известно какую толщину полукольца брать. Это зависит от толщины фланца но как точно не известно, также неизвестно полукольцо ли это будет (только Ansys рассудит). Поэтому принимаю упрощенную расчётную схему.

Сообщение от eilukha расчет Вашего фланца см. здесь на стр. 515

Расчёт фланца в учебнике Беленя не отображает работу конструкции (всё завязано на эмпирических коэффициентах). Более того в учебнике показаны прорезные фланцы (кольцо), прочность которых намного меньше цельных(круг)

Я ни кому не навязываю своё мнение. Как считать - дело проектировщика. Я предпочитаю применять прозрачные и простые расчётные схемы, а не непонятные методики, в которых затерялись момент и момент сопротивления.

[eilukha]

в учебнике показаны прорезные фланцы

- да, этого я не заметил.

Я ни кому не навязываю

- я тоже (стараюсь), просто есть желание обсудить/порассуждать на интересную тему.

[avonder]

Kulrom
Решил проверить по твоей приблизительной методике толщину листа фланца из типового сортамента.
Он правда работает на растяжение, но это не принципиально в вопросе расчета толщины листа.
Толщина указанная в типовом решении 20мм, болты М24 высокопрочные, при том что расчетное усилие в соединении - 97 тонн.
Так вот,в перерасчета на 4 болта получил напряжение в листе порядка 140 кн/см2
Все конечно приблизительно, я это понимаю. Но что-то больно разница несуразная.
А сколько получится у тебя толщина для этого фланца?

[Kulrom]

avonder
у меня получилось 80 кн/см2 для фланца толщиной 20 мм
Вместо 20-ти мм я бы поставил 33 мм стали С345
кстати, а у них какая сталь используется?
Возможно, они учитывают защемление болтом (шляпкой), может быть они этот фланец испытывали.

Я бы на вашем месте вообще этой серии то не особо доверял.
К примеру площадь двух уголков 100х7 - 27,5 см2 усилие 957 кн, 957/27,5 = 34,8 т.е даже из 345-й стали превышен предел текучести.
Теперь по болтам: даже если предположить, что усилие между ними поделится поровну, то получится 240 кН на болт притом, что 24-й болт держит всего 265 кН, а ведь его ещё нужно затянуть на усилие, превышающее в 1.2 раза фактически действующее.
Швов катетом 8 мм тоже не хватает на это усилие.

[simackov.serghey]

Коллеги, здравствуйте. Пока вся страна на самоизоляции, занимаюсь изучением белых пятен. Одно из них - расчёт фланца закрытого профиля с учетом изгибающего момента. Перелопатил кучу литературы, никакого ответа не нашел. Наткнулся на эту тему, решил спросить кто как рассчитывает фланцы как у ТС? Всё таки, прошло немало времени.

[eilukha]

Очень просто: надо считать на осевое усилие равное (площадь профиля)*(максимальное напряжение в профиле).

[Бахил]

Гипотеза плоских сечений.

[ratay]

Если у вас, скажем, конна опирается на несколько фланцев, распределенных по окружности, то и изгиба не будет, а будет работа болтов на растяжение. Если у вас фланец один, то для сварного шва это то же, что работа трубы на изгиб, только вместо толщины стенки трубы берете катет шва, все остальное учтется коэффициентом запаса. У правильного фланца должен быть разгрузочный поясок, то есть болты будут работать лишь на растяжение. Тогда нагрузка на болт пропорциональна расстоянию от оси болта до линии, касательной к наружному диаметру фланца. Тогда усилие на болтах из уравнения:
M=K1P1L1+...+KnPnLn,
где
Ln - расстояние по перпендикуляру от оси n-го болта до касательной к наружному диаметру фланца,
Kn=Ln/Lmax.
Дальше обычный расчет на растяжение, не забудьте из найденного усилия вычесть предварительное усилие затяжки. Можно теоретически вспомнить, что для определенных материалов существенна площадка текучести, когда при расчетах используют вместо временного сопротивления прдел текучести, тогда нагрузка на болтах будет ближе к равномерной, но все равно неодинакова, и лучше не заморачиваться, а подстраховаться.

[simackov.serghey]

Сообщение от eilukha Очень просто: надо считать на осевое усилие равное (площадь профиля)*(максимальное напряжение в профиле).

Правильно ли я понимаю, что на это усилие считать швы, а максимальное усилие для одного болта можно посчитать по формуле 3 из пособия по проектированию анкерных болтов?

[IBZ]

Сообщение от eilukha Очень просто: надо считать на осевое усилие равное (площадь профиля)*(максимальное напряжение в профиле).

В принципе да, так в некоторый запас можно, но только в случае, когда все болты расположены одинаково относительно ребер.