Soudures d'angle chargées perpendiculairement au plan d'union des pièces

Procédure de calcul standard

1. Solution commune pour une charge combinée

Une charge sur le plan perpendiculaire au plan de soudure induit une contrainte de tension ou de pression σ sur la soudure.

Contrainte normale causée par la force axiale F _Z

où :

	F Z	force axiale [N, lb]
	A	aire du col du groupe de soudures [mm 2 , po 2 ].

Contrainte normale causée par le moment de pliage M

où :

	u	constante
		- pour les calculs en unités métriques u = 1000
		- pour les calculs en unités anglo-saxonnes u = 12
	M	moment de pliage [Nm, lb ft]
	r Y	distance du point de soudure recherché par rapport au centre de gravité du groupe de soudures dans la direction de l'axe Y [mm, po]
	I	moment d'inertie du groupe de soudures sur l'axe neutre X [mm 4 , po 4 ]

Contrainte normale totale

σ = σ _F ± σ _M [MPa, psi]

où :

	σ F	contrainte normale causée par la force axiale F Z [N, lb]
	σ M	contrainte normale causée par le moment de pliage M [mm, po]

Une charge sur le plan de soudure induit une contrainte de cisaillement τ sur la soudure :

Contrainte de cisaillement causée par la force de cisaillement F _Y

où :

	F Y	effort de cisaillement [N, lb]
	A	aire du col du groupe de soudures [mm 2 , po 2 ]

Contrainte de cisaillement causée par le moment de torsion T

- composante X de la contrainte

- composante Y de la contrainte

où :

	u	constante
		- pour les calculs en unités métriques u = 1000
		- pour les calculs en unités anglo-saxonnes u = 12
	T	couple [Nm, lb ft]
	r X	distance du point de soudure recherché par rapport au centre de gravité du groupe de soudures dans la direction de l'axe Y [mm, po]
	r Y	distance du point de soudure recherché par rapport au centre de gravité du groupe de soudures dans la direction de l'axe Y [mm, po]
	J	moment d'inertie polaire du groupe de soudures [mm 4 , po 4 ]

Contrainte de cisaillement totale

pour soudure circulaire :

pour les autres soudures :

où :

	τ XT	composante X de la contrainte de cisaillement causée par le couple T [MPa, psi]
	τ Y	contrainte de cisaillement causée par la force de cisaillement F Y ' [MPa, psi]
	τ YT	composante Y de la contrainte de cisaillement causée par le couple T [MPa, psi]

Contrainte de cisaillement résultante sur le point de soudure recherché

où :

	σ	contrainte normale totale [MPa, psi]
	τ	contrainte de cisaillement totale [MPa, psi]

2. Charge avec force de flexion F _Y

Lors de la réalisation de calculs, la force de flexion peut être remplacée par la combinaison de la force de cisaillement F _Y appliquée au plan de soudure et du moment de flexion M appliqué au plan perpendiculaire au plan de soudure. Ainsi, la contrainte sur la soudure peut être calculée suivant la procédure mentionnée précédemment.

Le moment de pliage est défini par la formule suivante :

où :

	F Y	effort de cisaillement [N, lb]
	e	bras de la force de pliage [mm, po]
	u	constante
		- pour les calculs en unités métriques u = 1000
		- pour les calculs en unités anglo-saxonnes u = 12

3. Charge avec force commune F _Y

Lors de la réalisation de calculs, la force commune F peut être remplacée par la combinaison de la force de cisaillement F _Y appliquée au plan de soudure avec la force axiale F _Z et du moment de flexion M appliqué au plan perpendiculaire au plan de soudure. Ainsi, la contrainte sur la soudure pour une telle charge définie peut être calculée suivant la procédure mentionnée précédemment.

Les composantes particulières de la charge sont définies par les formules suivantes :

- moment de pliage

- force axiale

F _Z = F cos ϕ [N, lb]

- effort de cisaillement

F _Y = F cos ϕ [N, lb]

où :

	F	force en action [N, lb]
	r F	bras de force relatif au centre de gravité du groupe de soudures [mm, po]
	u	constante
		- pour les calculs en unités métriques u = 1000
		- pour les calculs en unités anglo-saxonnes u = 12
	ϕ	angle de direction de la force en action [°]

Méthode de comparaison des contraintes

1. Solution commune pour une charge combinée

Comparée à la méthode de calcul standard, la méthode des contraintes comparatives utilise une approche différente pour calculer les contraintes causées par la force axiale ou le moment de pliage en action sur le plan perpendiculaire au plan de soudure. Généralement, la contrainte sur les soudures d'angle a des composantes normales et tangentielles. La méthode des contraintes comparatives repose sur le fait que la résistance au cisaillement du métal de soudure est inférieure à la résistance à la rupture. Pour simplifier le calcul, les liaisons fixes sont uniquement vérifiées pour les contraintes de cisaillement. La méthode de calcul reste cependant identique à la méthode de calcul standard. Les formules de calcul utilisées sont également similaires.

Charge sur le plan perpendiculaire au plan de soudure :

Contrainte de cisaillement causée par la force axiale F _Z

où :

	F Z	force axiale [N, lb]
	A	aire du col du groupe de soudures [mm 2 , po 2 ].

Contrainte de cisaillement causée par le moment de pliage M

où :

	M	moment de pliage [Nm, lb ft]
	r Y	distance du point de soudure recherché par rapport au centre de gravité du groupe de soudures dans la direction de l'axe Y [mm, po]
	u	constante
		- pour les calculs en unités métriques u = 1000
		- pour les calculs en unités anglo-saxonnes u = 12
	I	moment d'inertie du groupe de soudures sur l'axe neutre X [mm 4 , po 4 ]

Charge sur le plan de soudure :

Contrainte de cisaillement causée par la force de cisaillement F _Y

où :

	F Y	effort de cisaillement [N, lb]
	A	aire du col du groupe de soudures [mm 2 , po 2 ]

Contrainte de cisaillement causée par le couple T

- composante X de la contrainte

- composante Y de la contrainte

où :

	T	couple [Nm, lb ft]
	u	constante
		- pour les calculs en unités métriques u = 1000
		- pour les calculs en unités anglo-saxonnes u = 12
	r Y	distance du point de soudure recherché par rapport au centre de gravité du groupe de soudures dans la direction de l'axe Y [mm, po]
	r X	distance du point de soudure recherché par rapport au centre de gravité du groupe de soudures dans la direction de l'axe X [mm, po]
	J	moment d'inertie polaire du groupe de soudures [mm 4 , po 4 ]

Contrainte de cisaillement totale sur le point de soudure recherché

où :

	τ XT	composante X de la contrainte de cisaillement causée par le couple T [MPa, psi]
	τ Y	contrainte de cisaillement causée par la force de cisaillement F Y ' [MPa, psi]
	τ YT	composante Y de la contrainte de cisaillement causée par le couple T [MPa, psi]
	τ Z	contrainte de cisaillement causée par la force de cisaillement F Z [MPa, psi]
	τ ZM	contrainte de cisaillement causée par le moment de pliage M [MPa, psi]

2. Calcul de la contrainte comparative σ _s

La contrainte comparative est déterminée à partir des contraintes partielles calculées selon la formule.

si la composante x de la contrainte agit sur le point de soudure recherché, perpendiculairement à la direction de la soudure, la formule α _X = α ₃ est appliquée. Dans le cas contraire, α _X = α ₄ . Il en est de même pour la composante y de la contrainte agissant perpendiculairement à la direction de la soudure, à savoir α _Y = α ₃ ou α _Y = α ₄ .

	τ XT	composante X de la contrainte de cisaillement causée par le couple T [MPa, psi]
	τ Y	contrainte de cisaillement causée par la force de cisaillement F Y [MPa, psi]
	τ YT	composante Y de la contrainte de cisaillement causée par le couple T [MPa, psi]
	τ Z	contrainte de cisaillement causée par la force de cisaillement F Z [MPa, psi]
	τ ZM	contrainte de cisaillement causée par le moment de pliage M [MPa, psi]
	α 3	facteur de conversion de la liaison fixe pour une soudure à clin frontale [-]
	α 4	facteur de conversion de la liaison fixe pour une soudure à clin frontale [-]