垂直于零件连接平面的载荷角焊缝

标准计算过程

1. 复合载荷的通用解决方案

焊接平面的垂直平面上的载荷会对焊缝产生拉伸应力或压应力 σ。

轴向力 F _Z 产生的法向应力

其中：

	F Z	轴向力 [N, lb]。
	A	焊缝组的喉深面积 [mm 2 , in 2 ]。

弯矩 M 产生的法向应力

其中：

	u	常量
		- 以公制单位计算时，u = 1000
		- 以英制单位计算时，u = 12
	M	弯矩 [Nm, lb ft]
	r Y	被考察的焊缝点与焊缝组重心之间沿 y 轴方向的距离 [mm, in]
	I	焊缝组相对于中心 x 轴的惯性矩 [mm 4 , in 4 ]

总法向应力

σ = σ _F ± σ _M [MPa, psi]

其中：

	σ F	轴向力 F Z 产生的法向应力 [N, lb]
	σ M	弯矩 M 产生的法向应力 [mm, in]

焊接平面中的载荷会对焊缝产生剪切应力 τ：

剪切力 F _Y 生产的剪切应力

其中：

	F Y	剪切力 [N, lb]
	A	焊缝组的喉深面积 [mm 2 , in 2 ]

扭矩 T 产生的剪切应力

- 应力的 x 分量

- 应力的 y 分量

其中：

	u	常量
		- 以公制单位计算时，u = 1000
		- 以英制单位计算时，u = 12
	T	扭矩 [Nm, lb ft]
	r X	被考察的焊缝点与焊缝组重心之间沿 y 轴方向的距离 [mm, in]
	r Y	被考察的焊缝点与焊缝组重心之间沿 y 轴方向的距离 [mm, in]
	J	焊缝组的极惯性矩 [mm 4 , in 4 ]

总剪切应力

对于环形焊缝：

对于其他焊缝：

其中：

	τ XT	扭矩 T 引起的剪切应力的 x 分量 [MPa, psi]
	τ Y	剪切力 F Y ' 产生的剪切应力 [MPa, psi]
	τ YT	扭矩 T 引起的剪切应力的 y 分量 [MPa, psi]

被考察的焊缝点中产生的总剪切应力

其中：

	σ	总法向应力 [MPa, psi]
	τ	总剪切应力 [MPa, psi]

2. 弯曲力 F _Y 产生的载荷

为了便于计算，可以将弯曲力替换为作用于焊接平面的剪切力 F _Y 和作用于焊接平面垂直平面的弯矩 M 的组合。然后，可使用上述步骤计算焊接中的应力。

弯矩通过以下公式定义：

其中：

	F Y	剪切力 [N, lb]
	e	弯曲力臂 [mm, in]
	u	常量
		- 以公制单位计算时，u = 1000
		- 以英制单位计算时，u = 12

3. 常规力 F _Y 产生的载荷

为了便于计算，可以将常规力 F 替换为作用于焊接平面的剪切力 F _Y 和轴向力 F _Z 以及作用于与焊接平面垂直的平面的弯矩 M 的组合。然后，可以使用上述过程计算定义的这类载荷的焊缝应力。

载荷的特定分量通过以下公式定义：

- 弯矩

- 轴向力

F _Z = F cos ϕ [N, lb]

- 剪切力

F _Y = F cos ϕ [N, lb]

其中：

	F	作用力 [N, lb]
	r F	与焊缝组重心有关的力臂 [mm, in]
	u	常量
		- 以公制单位计算时，u = 1000
		- 以英制单位计算时，u = 12
	ϕ	作用力的方向角 [°]

参考应力法

1. 复合载荷的通用解决方案

与标准计算方法相比，比较应力法采用不同的方式计算轴向力或作用于与焊接平面垂直的平面的弯矩所产生的应力。一般情况下，角焊缝中的应力具有法向和切向分量。参考应力法利用了焊缝金属的剪切强度低于拉伸强度这一实际情况。为了简化计算，仅校核焊缝连接处的剪切应力。但是，这种计算方法与标准计算方法的原理相同。使用的计算公式也很相似。

与焊缝平面垂直的平面上的载荷：

轴向力 F _Z 产生的剪切应力

其中：

	F Z	轴向力 [N, lb]。
	A	焊缝组的喉深面积 [mm 2 , in 2 ]。

由弯矩 M 引起的剪切应力

其中：

	M	弯矩 [Nm, lb ft]
	r Y	被考察的焊缝点与焊缝组重心之间沿 y 轴方向的距离 [mm, in]
	u	常量
		- 以公制单位计算时，u = 1000
		- 以英制单位计算时，u = 12
	I	焊缝组相对于中心 x 轴的惯性矩 [mm 4 , in 4 ]

焊缝平面中的载荷：

剪切力 F _Y 生产的剪切应力

其中：

	F Y	剪切力 [N, lb]
	A	焊缝组的喉深面积 [mm 2 , in 2 ]

扭矩 T 引起的剪切应力

- 应力的 x 分量

- 应力的 y 分量

其中：

	T	扭矩 [Nm, lb ft]
	u	常量
		- 以公制单位计算时，u = 1000
		- 以英制单位计算时，u = 12
	r Y	被考察的焊缝点与焊缝组重心之间沿 y 轴方向的距离 [mm, in]
	r X	被考察的焊缝点与焊缝组重心之间沿 x 轴方向的距离 [mm, in]
	J	焊缝组的极惯性矩 [mm 4 , in 4 ]

被考察的焊缝点中的总剪切应力

其中：

	τ XT	扭矩 T 引起的剪切应力的 x 分量 [MPa, psi]
	τ Y	剪切力 F Y ' 产生的剪切应力 [MPa, psi]
	τ YT	扭矩 T 引起的剪切应力的 y 分量 [MPa, psi]
	τ Z	剪切力 F Z 产生的剪切应力 [MPa, psi]
	τ ZM	弯矩 M 引起的剪切应力 [MPa, psi]

2. 计算比较应力 σ _s

参考应力是根据以下公式从计算出的局部应力确定的。

而对于作用于考察焊缝点的应力的 x 分量（与焊缝方向垂直），应使用公式 α _X = α ₃ 。反之则应用公式 α _X = α ₄ 。同样，对于垂直作用于焊缝方向的应力的 y 分量，应使用公式 α _Y = α ₃ 或 α _Y = α ₄ 。

	τ XT	扭矩 T 引起的剪切应力的 x 分量 [MPa, psi]
	τ Y	剪切力 F Y 产生的剪切应力 [MPa, psi]
	τ YT	扭矩 T 引起的剪切应力的 y 分量 [MPa, psi]
	τ Z	剪切力 F Z 产生的剪切应力 [MPa, psi]
	τ ZM	弯矩 M 引起的剪切应力 [MPa, psi]
	α 3	末端角焊缝的焊缝连接变换系数 [-]
	α 4	末端角焊缝的焊缝连接变换系数 [-]