焊縫強度計算

1、焊縫強度計算 Chapter 3 焊接接頭的強度計算 Intensity calculation of welding joint 本章重點：1.焊接接頭的應力集中 2.焊接接頭的應力分布 3.焊縫靜載強度計算 本章難點：1.焊接接頭的應力分布 2.焊縫靜載強度計算 焊縫強度計算 1.焊接接頭的應力集中 1 應力集中的概念 1.1定義 由于焊接的形狀和焊縫布置的特點，焊接 接頭工作應力的分布是不均勻的，其最大 應力 比平均應力值 高，這種情況稱 應力集中。 1.2 表達式： max m m T max 焊縫強度計算 焊接接頭中存在應力集中的影響因素 焊接工藝缺陷、冶金缺陷、夾渣、氣孔、 咬邊、

2、未焊透均會引起應力集中、其中咬 邊、未焊透較為嚴重。 不合理的焊縫外形。不同焊縫形狀會引起 不同程度的應力集中。 接頭型式：不同接頭型式引起應力集中不 同。 制造過程中的缺陷。 焊接殘余應力。 焊縫強度計算 2.電弧焊焊接接頭的應力分布 1 對接接頭的應力分布對接接頭的應力分布 對接接頭的焊縫形狀 產生了結構不連續(xù)性， 因而引起不同的應力 分布，在焊縫與母材 的過渡處引起應力集 中，最大應力集中部 位在焊趾。 應力集中系數(shù)： sin1k r h T 焊縫強度計算 對接接頭的應力分布2 對接接頭的焊縫形狀對接接頭的焊縫形狀 產生了結構不連續(xù)性，產生了結構不連續(xù)性， 因而引起不同的應力因而引起不同

3、的應力 分布，在焊縫與母材分布，在焊縫與母材 的過渡處引起應力集的過渡處引起應力集 中，最大應力集中部中，最大應力集中部 位在焊趾。位在焊趾。 應力集中系數(shù)：應力集中系數(shù)： sin1k r h T 焊縫強度計算 丁字接頭（十字接頭）的應力分布 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 小的應力集中系數(shù)。 焊縫強度計算 搭接接頭的應力分布 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點應力集中嚴重 焊趾B點的應力集中 系數(shù)隨角焊縫的斜邊 的夾角 而變 減

4、小 、增大熔深焊 透根部和增大底邊焊 腳長度，可使 減小 T 焊縫強度計算 側面搭接角焊縫 焊縫強度計算 斜向搭接角焊縫 焊縫強度計算 點焊接頭的應力分布 單排點焊接頭的單排點焊接頭的 應力分布（如圖）應力分布（如圖） 多排點焊以兩端多排點焊以兩端 焊點受力最大焊點受力最大 （如圖）（如圖） 焊縫強度計算 3 焊縫的靜載強度計算 焊縫接頭強度計算的假設焊縫接頭強度計算的假設 殘余應力對接頭強度無影響 應力集中對接頭強度無影響 接頭的工作應力是均布的，以平均應力計 不計正面與側面焊縫、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力 焊縫強度計算 焊縫接頭強度計

5、算的假設 角焊縫都是在切應力作用下破壞的。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予以考慮，其角焊縫計 算斷面厚度 （如圖） K K 7 . 0 2 0 45)(COSPK mmPmmK KmmK 8,8 ,8 一般取當 可取當 2 co 焊縫強度計算 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： l l P a l P l Q 焊縫強度計算 電弧焊接接頭的靜載強度計算 而內彎： 垂直

6、彎： 綜合作用： 注注：對于未焊透的對接接頭，上述各式中應將 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、切應力。 6 2 1 1 1 1l l M W M 6 2 2 2 2 2l l M W M 3)(3 22 321 22 合 l a 焊縫強度計算 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、正面或側面塔接 焊縫的強度公式： 單面焊的正面、側面聯(lián)合 塔接焊縫的強度公式： 7 . 0 Kl P l P 7 . 0 lK P l P 焊縫強度計算 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

7、算法：分段計算法： 軸慣性矩計算法軸慣性矩計算法 最大切應力： 6 )(7 . 0 2 h KhlK M maxmax y I M X 焊縫強度計算 受彎矩的搭接接頭計算 極慣性計算法極慣性計算法 最大切應力： -極慣性矩， （又等于相互垂直的兩個軸的計算慣性矩之和） maxmax r I M p yxp III p I 焊縫強度計算 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： 的計算是按全部焊縫計算，還是只考慮水平焊

8、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 22 QM合 )sin()cos( 22 Mm合 M M M m m sin sin 焊縫強度計算 載荷平行于焊縫丁字接頭強度計算 由于產生最大應力的危險點在 焊縫的最上端，同時受有兩個切 應力的作用，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 22 QM合 hK P Kh LPS Q M 4.1 7.0 2 M M Q 焊縫

9、強度計算 彎矩垂直于板面的丁字頭計算 如開坡口并焊接，其強度 按對接接頭計算，強度計算 公式為： 當接頭不開坡口，用角焊 縫連接，強度計算公式為： （其中W= ） 6 2 l M W M )4 . 1(6 )4 . 1( 33 K Kl 焊縫強度計算 復雜截面構件接頭的計算 計算復雜截面構件接頭還要考慮以下幾個問題計算復雜截面構件接頭還要考慮以下幾個問題： 計算時要先分析受載情況： 各載荷引起的應力，確定各應力的方向、性質和位置。 確定危險點，最高合成應力，（若危險點難以確定時，應 選幾個高應力點計算合成應力，其中合成應力最高處為危 險點） 計算合成應力時，最大正應力和最大切應力雖不在同一 點

10、上，但常以最大正應力和平均切應力計算其合成應力， 偏于安全。 粗略計算時，有時把正應力作為切應力考慮，也是偏于 安全的簡化計算方法。 焊縫強度計算 受彎矩聯(lián)接接頭的強度計算 若構件同時承受彎矩M和軸向力N時，焊縫中應 力分別求出和，由于兩者方向相同，所以合成應 力： 若構件同時承受橫向力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，并設切應力沿焊縫 均勻分布。計算聯(lián)接的焊縫強度時，應驗算兩個 位置的合應力： 一個是蓋板外側受拉 的焊縫的合成應力： 另一個是腹板立焊縫 端點的合成應力： ) 7 .

11、02 ( 22 lK Nh I M x 合 7 . 0 max LK N y I M x 合 MN 合 焊縫強度計算 受扭矩的接頭強度計算 矩形截面構件的接頭矩形截面構件的接頭 若開坡口四周全焊，接頭的 最大切應力按下式計算： 若不開坡口四周全部角焊， 接頭的最大切應力為： )(2 max ZBZhZ M n )7 . 0)(7 . 0(7 . 02 max KBKhK M n 焊縫強度計算 受扭矩的接頭強度計算 圓形截面構件接頭圓形截面構件接頭 若不開坡口沿圓周全 部角焊接，接頭中的 最大切應力按下式計 算： n n W M max )4 . 1(16 )4 . 1( 44 KD DKD Wn 焊縫強度計算 4.母材及焊縫的許用應力 1. 設計應力小于許用應力。設計應力小于許用應力。 2. 母材和焊縫的許用應力分別用母材和焊縫的許用應力分別用 和和 表示。表示。 3. 焊縫的許用應力焊縫的許用應力 大小與許多因素有大小與許多因素有 關，不但與焊縫工藝、材料有關，而且也關，不但與焊縫工藝、材料有關，而且也 與焊接檢驗方法的精確