焊接的強度計算

1、Chapter 3 焊接接頭的強度計算Intensity calculation of welding joint本章重點：1.焊接接頭的應(yīng)力集中 2.焊接接頭的應(yīng)力分布 3.焊縫靜載強度計算 本章難點：1.焊接接頭的應(yīng)力分布 2.焊縫靜載強度計算1.焊接接頭的應(yīng)力集中 1 應(yīng)力集中的概念1.1定義 由于焊接的形狀和焊縫布置的特點，焊接接頭工作應(yīng)力的分布是不均勻的，其最大 應(yīng)力 比平均應(yīng)力值 高，這種情況稱應(yīng)力集中。1.2 表達式： maxmmTmax焊接接頭中存在應(yīng)力集中的影響因素 焊接工藝缺陷、冶金缺陷、夾渣、氣孔、咬邊、未焊透均會引起應(yīng)力集中、其中咬邊、未焊透較為嚴(yán)重。 不合理的焊縫外形

2、。不同焊縫形狀會引起不同程度的應(yīng)力集中。 接頭型式：不同接頭型式引起應(yīng)力集中不同。 制造過程中的缺陷。 焊接殘余應(yīng)力。2.電弧焊焊接接頭的應(yīng)力分布1 對接接頭的應(yīng)力分布對接接頭的應(yīng)力分布 對接接頭的焊縫形狀產(chǎn)生了結(jié)構(gòu)不連續(xù)性，因而引起不同的應(yīng)力分布，在焊縫與母材的過渡處引起應(yīng)力集中，最大應(yīng)力集中部位在焊趾。 應(yīng)力集中系數(shù)：sin1krhT對接接頭的應(yīng)力分布2 對接接頭的焊縫形狀對接接頭的焊縫形狀產(chǎn)生了結(jié)構(gòu)不連續(xù)性，產(chǎn)生了結(jié)構(gòu)不連續(xù)性，因而引起不同的應(yīng)力因而引起不同的應(yīng)力分布，在焊縫與母材分布，在焊縫與母材的過渡處引起應(yīng)力集的過渡處引起應(yīng)力集中，最大應(yīng)力集中部中，最大應(yīng)力集中部位在焊趾。位在焊趾

3、。 應(yīng)力集中系數(shù)：應(yīng)力集中系數(shù)：sin1krhT丁字接頭（十字接頭）的應(yīng)力分布 十字接頭有熔透和未熔十字接頭有熔透和未熔透兩種透兩種 未熔透的十字接頭，在焊趾和焊根處有較大的應(yīng)力集中系數(shù)，其中以焊根處為最大。 熔透的十字接頭有較小的應(yīng)力集中系數(shù)。搭接接頭的應(yīng)力分布正面角焊縫正面角焊縫:把與力作用方向垂直的焊縫 焊縫根部A點、焊趾B點應(yīng)力集中嚴(yán)重 焊趾B點的應(yīng)力集中系數(shù)隨角焊縫的斜邊的夾角 而變 減小 、增大熔深焊透根部和增大底邊焊腳長度，可使 減小T側(cè)面搭接角焊縫斜向搭接角焊縫 點焊接頭的應(yīng)力分布 單排點焊接頭的單排點焊接頭的應(yīng)力分布（如圖）應(yīng)力分布（如圖） 多排點焊以兩端多排點焊以兩端焊點受

4、力最大焊點受力最大（如圖）（如圖）3 焊縫的靜載強度計算 焊縫接頭強度計算的假設(shè)焊縫接頭強度計算的假設(shè) 殘余應(yīng)力對接頭強度無影響 應(yīng)力集中對接頭強度無影響 接頭的工作應(yīng)力是均布的，以平均應(yīng)力計 不計正面與側(cè)面焊縫、焊縫的加強與減弱和不同焊接規(guī)范引起的焊縫性能差異，而用統(tǒng)一的計算截面和許用應(yīng)力焊縫接頭強度計算的假設(shè) 角焊縫都是在切應(yīng)力作用下破壞的。角焊縫的計算斷面在角焊縫截面的最小高度上，取內(nèi)接三角形高度 為計算高度，（如圖）。 直角等要角焊縫的計算高度： 盡管加強和小量的熔深對于接頭強度沒有影響，但埋弧自動焊和 保護焊的熔深較大應(yīng)予以考慮，其角焊縫計算斷面厚度 （如圖） KK7 . 02045

5、)(COSPK mmPmmKKmmK8,8,8一般取當(dāng)可取當(dāng)2co電弧焊接接頭的靜載強度計算1.對接焊縫強度對接焊縫強度計算公式如下：受拉時：受壓時：受剪時： llPalP lQ電弧焊接接頭的靜載強度計算而內(nèi)彎：垂直彎： 綜合作用：注注：對于未焊透的對接接頭，上述各式中應(yīng)將 中減去未焊透深度，l取實際焊縫長度， 、 、 分別是焊縫許用拉、壓、切應(yīng)力。621111llMWM622222llMWM 3)(32232122合la搭接接頭的靜載強度計算 1.受拉、壓的塔接接頭受拉、壓的塔接接頭 單面焊、正面或側(cè)面塔接焊縫的強度公式： 單面焊的正面、側(cè)面聯(lián)合塔接焊縫的強度公式： 7 . 0KlPlP 7

6、 . 0lKPlP 受彎矩的搭接接頭計算 2.受彎矩的搭接接頭計受彎矩的搭接接頭計算算方法有三種： 分段計算法：分段計算法： 軸慣性矩計算法軸慣性矩計算法最大切應(yīng)力：6)(7 . 02hKhlKM maxmaxyIMX 受彎矩的搭接接頭計算 極慣性計算法極慣性計算法 最大切應(yīng)力： -極慣性矩， （又等于相互垂直的兩個軸的計算慣性矩之和） maxmaxrIMpyxpIIIpI受偏心載荷的搭接接頭計算 采用分段法或軸慣性矩法計算采用分段法或軸慣性矩法計算 ，則按下式求合成應(yīng)力： 若采用極慣性矩法計算若采用極慣性矩法計算 ，將 分解成水平的（ ， ）和垂直的（ ， ）兩個力，再合成：注： 的計算是按

7、全部焊縫計算，還是只考慮水平焊縫或只考慮垂直焊縫，要按具體情況而定。（如圖）可按全部焊縫承受的剪力 ， 均勻分布于全部焊縫中，其方向同P一致 22QM合 )sin()cos(22Mm合MMMmmsinsin載荷平行于焊縫丁字接頭強度計算 由于產(chǎn)生最大應(yīng)力的危險點在焊縫的最上端，同時受有兩個切應(yīng)力的作用，一個是由 引起的 ，另一個由Q=P引起的， 和 相互垂直，所以該點的合成應(yīng)力為： 若開坡口并焊透，其強度按對接接頭計算，焊縫金屬截面等于母材截面（F= h）,若不開坡口時，按下式計算：LPM 22QM合hKPKhLPSQM4.17.02MMQ彎矩垂直于板面的丁字頭計算 如開坡口并焊接，其強度按對

8、接接頭計算，強度計算公式為： 當(dāng)接頭不開坡口，用角焊縫連接，強度計算公式為： （其中W= ） 62lM WM)4 . 1(6)4 . 1(33KKl復(fù)雜截面構(gòu)件接頭的計算 計算復(fù)雜截面構(gòu)件接頭還要考慮以下幾個問題計算復(fù)雜截面構(gòu)件接頭還要考慮以下幾個問題： 計算時要先分析受載情況： 各載荷引起的應(yīng)力，確定各應(yīng)力的方向、性質(zhì)和位置。 確定危險點，最高合成應(yīng)力，（若危險點難以確定時，應(yīng)選幾個高應(yīng)力點計算合成應(yīng)力，其中合成應(yīng)力最高處為危險點） 計算合成應(yīng)力時，最大正應(yīng)力和最大切應(yīng)力雖不在同一點上，但常以最大正應(yīng)力和平均切應(yīng)力計算其合成應(yīng)力，偏于安全。 粗略計算時，有時把正應(yīng)力作為切應(yīng)力考慮，也是偏于安

9、全的簡化計算方法。受彎矩聯(lián)接接頭的強度計算 若構(gòu)件同時承受彎矩M和軸向力N時，焊縫中應(yīng)力分別求出和，由于兩者方向相同，所以合成應(yīng)力： 若構(gòu)件同時承受橫向力P和軸力N時，則要同時考慮彎矩M=PL和軸向力N及剪切力Q=P的作用。由于構(gòu)件承受切力Q時，只是腹板承受的，故切力只由聯(lián)接腹板的焊縫承受，并設(shè)切應(yīng)力沿焊縫均勻分布。計算聯(lián)接的焊縫強度時，應(yīng)驗算兩個位置的合應(yīng)力：一個是蓋板外側(cè)受拉的焊縫的合成應(yīng)力：另一個是腹板立焊縫端點的合成應(yīng)力： )7 . 02(22lKNhIMx合 7 . 0maxLKNyIMx合MN合受扭矩的接頭強度計算 矩形截面構(gòu)件的接頭矩形截面構(gòu)件的接頭若開坡口四周全焊，接頭的最大切應(yīng)力按下式計算：若不開坡口四周全部角焊，接頭的最大切應(yīng)力為：)(2maxZBZhZMn)7 . 0)(7 . 0(7 . 02maxKBKhKMn受扭矩的接頭強度計算 圓形截面構(gòu)件接頭圓形截面構(gòu)件接頭 若不開坡口沿圓周全部角焊接，接頭中的最大切應(yīng)力按下式計算： nnWMmax)4 . 1(16)4 . 1(44KDDKDWn4.母材及焊縫的許用應(yīng)力 1. 設(shè)計應(yīng)力小于許用應(yīng)力。設(shè)計應(yīng)力小于許用應(yīng)力。 2. 母材和焊縫的許用應(yīng)力分別用母材和焊縫的許用應(yīng)力分別用 和和 表示。表示。 3. 焊縫的許用應(yīng)力焊縫的許用應(yīng)力 大小與許多因素有大小與許多因素有