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： maxmmTmax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、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

2、。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。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(chǎn)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)：sin1krhT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(chǎn)生了結構不連續(xù)性，產(chǎn)生了結構不連續(xù)性，因而引起不同的應力因而引起不同的應力分布，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

3、。 應力集中系數(shù)：應力集中系數(shù)：sin1krhT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)。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

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(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力焊縫接頭強度計算的假設 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(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 mmPmmKKmmK8,8,8一般取當可取當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。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 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(zhì)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

9、全的簡化計算方法。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(cè)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 . 02(22lKNhIMx合 7 . 0maxLKNyIMx合MN合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：)(2maxZBZhZMn)7 . 0)(7 . 0(7 . 02maxKBKhKMn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： nnWMmax)4 . 1(16)4 . 1(44KDDKDWn4.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