Koutové svary zatížené kolmo k rovině spojů součásti

Standardní postup výpočtu

1. Obecné řešení pro kombinované zatížení

Zatížení v rovině kolmé k rovině svaru způsobí ve svaru tahové nebo tlakové napětí σ.

Normálové napětí způsobené osovou sílou F_Z

kde:

	F_Z	osová síla [N, lb].
	A	oblast průřezu skupiny svaru [mm², in²]

Normálové napětí od ohybového momentu M

kde:

	u	konstantní
		- u výpočtů v metrických jednotkách platí u = 1000
		- u výpočtů v anglických jednotkách platí u = 12
	M	ohybový moment [Nm, lb ft]
	r_Y	vzdálenost vyšetřovaného bodu svaru od těžiště svarové skupiny ve směru osy y [mm, in]
	I	moment setrvačnosti svarové skupiny k neutrální ose x [mm⁴, in⁴]

Celkové normálové napětí

σ = σ_F ± σ_M [MPa, psi]

kde:

	σ _F	normálové napětí způsobené axiální silou F_Z[N, lb]
	σ _M	normálové napětí od ohybového momentu M [mm, in]

Zatížení v rovině svaru způsobí ve svaru smykové napětí τ:

Smykové napětí způsobené smykovou silou F_Y

kde:

	F_Y	smyková síla [N, lb]
	A	oblast průřezu skupiny svaru [mm², in²]

Smykové napětí od krouticího momentu T

- složka X napětí

- složka Y napětí

kde:

	u	konstantní
		- u výpočtů v metrických jednotkách platí u = 1000
		- u výpočtů v anglických jednotkách platí u = 12
	T	krouticí moment [Nm, lb ft]
	r_X	vzdálenost vyšetřovaného bodu svaru k těžišti svarové skupiny ve směru osy y [mm, in]
	r_Y	vzdálenost vyšetřovaného bodu svaru k těžišti svarové skupiny ve směru osy y [mm, in]
	J	polární moment setrvačnosti svarové skupiny [mm⁴, in⁴]

Celkové smykové napětí

pro kruhový svar:

pro ostatní svary:

kde:

	τ _XT	složka X smykového napětí od krouticího momentu [MPa, psi]
	τ _Y	smykové napětí způsobené smykovou silou F_Y' [MPa, psi]
	τ _YT	složka Y smykového napětí od krouticího momentu T [MPa, psi]

Výsledné smykové napětí ve vyšetřovaném bodu svaru

kde:

	σ	celkové normálové napětí [MPa, psi]
	τ	celkové smykové napětí [MPa, psi]

2. Zatížení ohybovou silou F _Y

Ohybovou sílu lze pro účely výpočtu nahradit kombinací smykové síly F_Y působící v rovině svaru a ohybovým momentem působícím v rovině kolmé k rovině svaru. Poté lze napětí ve svaru vypočítat pomocí dříve uvedeného postupu.

Ohybový moment je přitom dán vztahem:

kde:

	F_Y	smyková síla [N, lb]
	e	rameno ohybové síly [mm, in]
	u	konstantní
		- u výpočtů v metrických jednotkách platí u = 1000
		- u výpočtů v anglických jednotkách platí u = 12

3. Zatížení obecnou silou F _Y

Obecnou sílu F lze pro účely výpočtu nahradit za kombinaci smykové síly F_Y působící v rovině svaru s axiální silou F_Z a pohybového momentu M působícího v rovině kolmé k rovině svaru. Pro takto definované zatížení je pak již možné vypočítat napětí ve svaru výše uvedeným postupem.

Jednotlivé složky zatížení jsou definovány vztahy:

- ohybový moment

- osová síla

F_Z = F cos ϕ [N, lb]

- smyková síla

F_Y = F cos ϕ [N, lb]

kde:

	F	působící síla [N, lb]
	r_F	rameno síly vztažené k těžišti svarové skupiny [mm, in]
	u	konstantní
		- u výpočtů v metrických jednotkách platí u = 1000
		- u výpočtů v anglických jednotkách platí u = 12
	ϕ	směrový úhel působící síly [°]

Metoda srovnávacích napětí

1. Obecné řešení pro kombinované zatížení

Na rozdíl od standardní výpočtové metody přistupuje metoda srovnávacích napětí poněkud odlišně k výpočtu napětí vyvolaných zatížením svaru osovou silou, resp. ohybovým momentem působícím v rovině kolmé k rovině svaru. Obecně má napětí v koutovém svaru normálovou a tečnou složku. Metoda srovnávacích napětí vychází ze skutečnosti, že pevnost svarového kovu ve smyku je nižší než pevnost v tahu. Proto jsou z důvodů zjednodušení výpočtu svarové spoje kontrolovány pouze z hlediska smykového napětí. Vlastní způsob výpočtu je však stejný jako u standardní výpočtové metody. Obdobné jsou i použité výpočetní vztahy.

Zatížení v rovině kolmé k rovině svaru:

Smykové napětí způsobené axiální silou F_Z

kde:

	F_Z	osová síla [N, lb].
	A	oblast průřezu skupiny svaru [mm², in²]

Smykové napětí od ohybového momentu M

kde:

	M	ohybový moment [Nm, lb ft]
	r_Y	vzdálenost vyšetřovaného bodu svaru od těžiště svarové skupiny ve směru osy y [mm, in]
	u	konstantní
		- u výpočtů v metrických jednotkách platí u = 1000
		- u výpočtů v anglických jednotkách platí u = 12
	I	moment setrvačnosti svarové skupiny k neutrální ose x [mm⁴, in⁴]

Zatížení v rovině svaru:

Smykové napětí způsobené smykovou silou F_Y

kde:

	F_Y	smyková síla [N, lb]
	A	oblast průřezu skupiny svaru [mm², in²]

Smykového napětí od krouticího momentu T

- složka X napětí

- složka Y napětí

kde:

	T	krouticí moment [Nm, lb ft]
	u	konstantní
		- u výpočtů v metrických jednotkách platí u = 1000
		- u výpočtů v anglických jednotkách platí u = 12
	r_Y	vzdálenost vyšetřovaného bodu svaru k těžišti svarové skupiny ve směru osy y [mm, in]
	r_X	vzdálenost vyšetřovaného bodu svaru k těžišti svarové skupiny ve směru osy x [mm, in]
	J	polární moment setrvačnosti průřezu svarové skupiny [mm⁴, in⁴]

Celkové smykové napětí ve vyšetřovaném bodu svaru

kde:

	τ _XT	složka X smykového napětí od krouticího momentu [MPa, psi]
	τ _Y	smykové napětí způsobené smykovou silou F_Y' [MPa, psi]
	τ _YT	složka Y smykového napětí od krouticího momentu T [MPa, psi]
	τ _Z	smykové napětí způsobené smykovou silou F_Z [MPa, psi]
	τ _ZM	smykové napětí od ohybového momentu M [MPa, psi]

2. Výpočet srovnávacího napětí σ _s

Srovnávací napětí je stanoveno z vypočtených parciálních napětí podle vztahu.

přičemž pro x-komponentu napětí působící ve zkoumaném místě svaru kolmo na směr svaru platí vztah α_X = α₃. V opačném případě α_X = α₄. To samé platí pro y-komponentu napětí působící kolmo na směr svaru, tj. α_Y = α₃ nebo α_Y = α₄.

	τ _XT	složka X smykového napětí od krouticího momentu T [MPa, psi]
	τ _Y	smykové napětí způsobené smykovou silou F_Y [MPa, psi]
	τ _YT	složka Y smykového napětí od krouticího momentu [MPa, psi]
	τ _Z	smykové napětí způsobené smykovou silou F_Z [MPa, psi]
	τ _ZM	smykové napětí od ohybového momentu M [MPa, psi]
	α ₃	převodní součinitel svarového spoje pro čelní koutový svar [-]
	α ₄	převodní součinitel svarového spoje pro čelní koutový svar [-]