Kiểm tra nhóm mối hàn góc chịu lực vuông góc và dọc trục mối hàn. Ứng suất quy về mặt cắt chiều cao tính toán a. Mối hàn giáp mối ngấu hoàn toàn: bền bằng kim loại cơ bản, không cần tính.
Giải thích chi tiết
- Bài toán dùng để làm gì
- Hình dung đơn giản
- Kiến thức nền cần có
- Các đại lượng và lấy số liệu ở đâu
- Xây dựng công thức từng bước
- Lời giải mẫu từng bước
- Áp dụng thực tế và lưu ý
Bài toán dùng để làm gì
Kiểm tra mối hàn góc (dạng chữ T, chồng mép) ở khung máy, tai treo, giá đỡ có đủ bền không, cả khi tải đứng yên và khi tải rung lặp lại. Rất quan trọng với xưởng có robot hàn: chiều cao mối hàn a quyết định thời gian hàn, lượng dây và độ bền.
Hình dung đơn giản
Hãy tưởng tượng
Mối hàn góc giống một “thanh tam giác” nối hai tấm. Chỗ yếu nhất là mặt cắt chéo 45° đi qua chân mối hàn, chiều cao của mặt cắt đó gọi là a. Lực truyền qua mặt cắt này.
Kiến thức nền cần có
Đọc lại các mục sau ở Chương 0 nếu chưa nắm chắc: 0.5 ứng suất · 0.6 vật liệu · 0.7 an toàn · 0.14 mỏi
Các đại lượng và lấy số liệu ở đâu
| Ký hiệu | Ý nghĩa | Đơn vị | Lấy số liệu ở đâu |
|---|---|---|---|
| a | Chiều cao tính toán mối hàn = khoảng cách từ góc đến mặt mối hàn ≈ 0,7 × cạnh z | mm | Bản vẽ hàn (ký hiệu a4, a5…) |
| l, nw | Chiều dài mỗi đường hàn, số đường hàn | mm | Bản vẽ |
| F⊥, F∥ | Lực vuông góc và dọc theo đường hàn | N | Tải trọng kết cấu |
| fu, βw | Giới hạn bền thép cơ bản và hệ số tương quan | MPa | EN 1993-1-8 bảng 4.1 (tự tra theo mác S235/S275/S355) |
| Δσc, N | Cấp chi tiết mỏi, số chu kỳ tải | MPa, lần | EN 1993-1-9 bảng 8.x; số chu kỳ = tần suất × tuổi thọ máy |
Xây dựng công thức từng bước
Công thức tổng quát không “từ trên trời rơi xuống”: nó được ghép từ những công thức con đơn giản. Đi lần lượt từng bước:
Bước 1. Diện tích mặt cắt tính toán
Tổng diện tích các mặt cắt 45°, trừ 2a ở hai đầu vì đầu và cuối mối hàn thường không đầy:
Aw = Σ a · (l − 2a)
Bước 2. Phân tích lực lên mặt cắt nghiêng
Lực F⊥ nằm nghiêng 45° so với mặt cắt nên tách thành 2 thành phần bằng nhau (chia √2):
σ⊥ = τ⊥ = F⊥ / (√2 · Aw) ; τ∥ = F∥ / Aw
Bước 3. Gộp thành ứng suất tương đương
Ứng suất cắt nguy hiểm hơn ứng suất pháp khoảng √3 lần, nên:
σv = √(σ⊥² + 3(τ⊥² + τ∥²))
Bước 4. Kiểm tra bền tĩnh
So với sức bền của thép cơ bản giảm bởi βw và γM2 = 1,25:
σv ≤ fu / (βw · γM2)
Bước 5. Kiểm tra mỏi
Biên độ ứng suất Δσ = ΔF/Aw so với sức bền mỏi tại N chu kỳ:
ΔσR = Δσc · (2·10⁶ / N)^(1/3) ; Δσ ≤ ΔσR/γMf
Lời giải mẫu từng bước (số liệu mẫu của công cụ tính ở đầu trang)
Bước A – Số liệu đầu vào (ô vàng của công cụ tính). Đây là bộ số ví dụ có sẵn; khi làm thật bạn thay bằng số của mình:
| TT | Đại lượng | Ký hiệu | Giá trị | Đơn vị | Ghi chú / nguồn |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Mác thép cơ bản | mat | S235 | EN 10025-2 | |
| 4 | Hệ số an toàn γM2 | γM2 | 1,25 | ||
| 5 | Chiều cao tính toán mối hàn a | a | 4 | mm | a ≈ 0,7 × cạnh mối hàn z |
| 6 | Chiều dài mỗi đường hàn | l | 100 | mm | |
| 7 | Số đường hàn | nw | 2 | ||
| 8 | Trừ 2a ở hai đầu (miệng, đuôi hàn)? | sub | Có | Có = an toàn khi không hàn vòng qua đầu | |
| 9 | Chiều dày tấm mỏng nhất | tmin | 8 | mm | |
| 10 | Lực vuông góc trục mối hàn F⊥ | F⊥ | 40 000 | N | Lực nằm trong mặt phẳng tấm, vuông góc đường hàn |
| 11 | Lực dọc trục mối hàn F∥ | F∥ | 0 | N | |
| 25 | Biên độ dao động lực ΔF | ΔF | 20 000 | N | Lực lớn nhất − nhỏ nhất của chu kỳ |
| 26 | Cấp chi tiết Δσc | Δσc | 36 | MPa | EN 1993-1-9 Bảng 8.5: mối hàn góc chịu lực (tính trên chiều cao a) 36*; mối hàn góc không chịu lực 71–80 |
| 27 | Số chu kỳ thiết kế | N | 2 000 000 | ||
| 28 | Hệ số an toàn mỏi γMf | γMf | 1,15 | 1,0–1,35 tùy hậu quả và khả năng kiểm tra |
Bước B – Tính lần lượt (web tự tính, bạn có thể bấm tay để kiểm tra lại). Dòng xanh lá là kết quả chính:
| TT | Đại lượng | Ký hiệu | Kết quả | Đơn vị | Công thức / cách tính |
|---|---|---|---|---|---|
| 2 | Giới hạn bền fu | fu | 360 | MPa | EN 1993-1-1 Bảng 3.1 (t ≤ 40 mm) |
| 3 | Hệ số tương quan βw | βw | 0,8 | EN 1993-1-8 Bảng 4.1 | |
| 12 | Chiều dài hiệu dụng | leff | 92 | mm | leff = l − 2a |
| 13 | Diện tích mặt cắt tính toán | Aw | 736 | mm² | Aw = Σ a·leff |
| 14 | σ⊥ | σ⊥ | 38,43 | MPa | σ⊥ = τ⊥ = F⊥/(√2·Aw) (mối hàn góc 45°) |
| 15 | τ⊥ | τ⊥ | 38,43 | MPa | |
| 16 | τ∥ | τ∥ | 0 | MPa | τ∥ = F∥/Aw |
| 17 | ỨNG SUẤT TƯƠNG ĐƯƠNG | σv | 76,86 | MPa | σv = √(σ⊥² + 3(τ⊥² + τ∥²)) |
| 18 | Giới hạn | lim1 | 360 | MPa | fu/(βw·γM2) |
| 19 | σv ≤ fu/(βw·γM2) | Kiểm tra | ĐẠT | ||
| 20 | σ⊥ ≤ 0,9·fu/γM2 | Kiểm tra | ĐẠT | ||
| 21 | Mức sử dụng | util | 21,35 % | ||
| 22 | Cường độ cắt mối hàn (PP đơn giản) | fvw,d | 207,8 | MPa | fvw,d = fu/(√3·βw·γM2) – EN 1993-1-8 §4.5.3.3 |
| 23 | PP đơn giản: lực/đơn vị dài ≤ fvw,d·a | Kiểm tra | ĐẠT | ||
| 24 | 3 mm ≤ a ≤ 0,7·tmin | Kiểm tra | ĐẠT | ||
| 29 | Biên độ ứng suất trên mối hàn | Δσ | 27,17 | MPa | Δσ = ΔF/Aw |
| 30 | Sức bền mỏi tại N | ΔσR | 36 | MPa | ΔσR = Δσc·(2·10⁶/N)^(1/3) (N ≤ 5·10⁶); 0,737Δσc·(5·10⁶/N)^(1/5) đến 10⁸; ngưỡng cắt 0,405Δσc |
| 31 | Δσ ≤ ΔσR/γMf | Kiểm tra | ĐẠT |
Bước C – Kết luận ví dụ
Kết quả chính: ỨNG SUẤT TƯƠNG ĐƯƠNG = 76,86 MPa; Mức sử dụng = 21,35 %.
Kiểm tra: σv ≤ fu/(βw·γM2): ĐẠT; σ⊥ ≤ 0,9·fu/γM2: ĐẠT; PP đơn giản: lực/đơn vị dài ≤ fvw,d·a: ĐẠT; 3 mm ≤ a ≤ 0,7·tmin: ĐẠT; Δσ ≤ ΔσR/γMf: ĐẠT.
Nếu đổi số liệu ở ô vàng, mọi kết quả tự tính lại. Ô nào báo KHÔNG ĐẠT thì xem mục Áp dụng thực tế bên dưới để biết cần sửa gì.
Áp dụng thực tế và lưu ý
- Không làm mối hàn quá to so với tấm: a ≤ 0,7·t mỏng nhất. Mối hàn to quá gây cong vênh, tốn dây mà không bền hơn.
- Hàn vòng qua đầu (end return) thì không cần trừ 2a: chọn “Không” ở ô trừ 2a.
- Kết cấu rung (khung máy dập, sàn rung) thường hỏng do mỏi trước: chú ý phần 3 của sheet.