Soldas em ângulo com carga perpendicular ao plano de junções de peça

Procedimento de cálculo padrão

1. Solução comum para carga combinada

O carregamento no plano perpendicular ao plano de solda induz uma tensão de pressão ou de traçãoσna solda.

Tensão normal causada pela força axial F_Z

onde:

	F_Z	força axial [N, libras].
	A	área de garganta do grupo de solda [mm², pol²].

Tensão normal causada por momento de dobra M

onde:

	u	constante
		- para cálculo em unidades métricas u = 1000
		- para cálculo em unidades imperiais u = 12
	M	momento de dobra [Nm, libras/pés]
	r_Y	distância do ponto de solda investigado do grupo de solda do centro de gravidade do grupo de solda na direção do eixo y [mm, pol]
	I	momento de inércia do grupo de solda no eixo x neutro [mm⁴, pol⁴]

Tensão normal total

σ = σ_F ± σ_M [MPa, psi]

onde:

	σ _F	tensão normal causada pela força axial F_Z[N, lb]
	σ _M	tensão normal causada pelo momento de dobra M [mm, pol]

A carga no plano de solda induz uma tensão de corte τ na solda:

Tensão de corte causada pela força de corte F_Y

onde:

	F_Y	força de corte [N, libras]
	A	área de garganta do grupo de solda [mm², pol²]

Tensão de corte causada por momento de torção T

- componente x da tensão

- componente y da tensão

onde:

	u	constante
		- para cálculo em unidades métricas u = 1000
		- para cálculo em unidades imperiais u = 12
	T	torque [Nm, libras/pés]
	r_X	distância do ponto de solda investigado até o centro de gravidade do grupo de solda na direção do eixo y [mm, pol]
	r_Y	distância do ponto de solda investigado até o centro de gravidade do grupo de solda na direção do eixo y [mm, pol]
	J	momento polar de inércia do grupo de solda [mm⁴, pol⁴]

Tensão de corte total

para solda circular:

para outras soldas:

onde:

	τ _XT	componente x da tensão de corte causada pelo torque T [MPa, psi]
	τ _Y	tensão de corte causada pela força de corte F_Y' [MPa, psi]
	τ _YT	componente y da tensão de corte causada pelo torque T [MPa, psi]

Tensão de corte resultante no ponto de solda investigado

onde:

	σ	tensão normal total [MPa, psi]
	τ	tensão de corte total [MPa, psi]

2. Carregamento por força de dobra F _Y

Para efeitos de cálculo, a força de dobra pode ser substituída pela combinação da força de corte F_Y, que atua no plano de solda e o momento de dobra M, que atua no plano perpendicular ao plano de solda. Em seguida, pode ser calculada a tensão da solda utilizando o procedimento descrito acima.

O momento de dobra vem definido por uma fórmula:

onde::

	F_Y	força de corte [N, libras]
	e	braço de força de dobra [mm, pol]
	u	constante
		- para cálculo em unidades métricas u = 1000
		- para cálculo em unidades imperiais u = 12

3. Carregamento com força comum F _Y

Para efeitos de cálculo, a força comum F pode ser substituída por uma combinação da força de corte F_Y, que atua no plano de solda com a força axial F_Z, e o momento de dobra M, que atua no plano perpendicular ao plano da solda. Em seguida, pode ser calculada a tensão da solda para que o carregamento definido possa ser calculado usando o procedimento descrito acima.

Os componentes específicos da carga são definidos mediante fórmulas:

- momento de dobra

- força axial

F_Z = F cos ϕ [N, lb]

- força de corte

F_Y = F cos ϕ [N, lb]

onde:

	F	força atuante [N, libras]
	r_F	braço da força relativo ao centro de gravidade do grupo de solda [mm, pol]
	u	constante
		- para cálculo em unidades métricas u = 1000
		- para cálculo em unidades imperiais u = 12
	ϕ	ângulo de direção da força atuante [°]

Método de tensões comparativas

1. Solução comum para carga combinada

Em comparação com o método de cálculo padrão, o método de tensões comparativas aborda de forma diferente o modo de calcular tensões causadas pela força axial ou o momento de dobra que atua no plano perpendicular ao plano de solda. Em geral, a tensão das soldas em ângulo tem componentes normais e tangenciais. O método de tensões comparativas é feito com base no fato de que a resistência de corte do metal soldado é menor que a resistência de tração. Para simplificar o cálculo, apenas as juntas soldadas são verificadas para tensões de corte. Mas o método de cálculo é o mesmo que o utilizado no método cálculo padrão. As fórmulas de cálculo empregadas também são muito semelhantes.

Carga no plano perpendicular ao plano de solda:

Tensão de corte causada pela força axial F_Z

onde:

	F_Z	força axial [N, libras].
	A	área de garganta do grupo de solda [mm², pol²].

Tensão de corte causada por momento de dobra M

onde:

	M	momento de dobra [Nm, libras/pés]
	r_Y	distância do ponto de solda investigado do grupo de solda do centro de gravidade do grupo de solda na direção do eixo y [mm, pol]
	u	constante
		- para cálculo em unidades métricas u = 1000
		- para cálculo em unidades imperiais u = 12
	I	momento de inércia do grupo de solda no eixo x neutro [mm⁴, pol⁴]

Carregamento no plano de solda:

Tensão de corte causada pela força de corte F_Y

onde::

	F_Y	força de corte [N, libras]
	A	área de garganta do grupo de solda [mm², pol²]

Tensão de corte causada pelo torque T

- componente x da tensão

- componente y da tensão

onde:

	T	torque [Nm, libras/pés]
	u	constante
		- para cálculo em unidades métricas u = 1000
		- para cálculo em unidades imperiais u = 12
	r_Y	distância do ponto de solda investigado até o centro de gravidade do grupo de solda na direção do eixo y [mm, pol]
	r_X	distância do ponto de solda investigado ao centro de gravidade do grupo de solda na direção do eixo x [mm, pol]
	J	momento polar de inércia do grupo de solda [mm⁴, pol⁴]

Tensão de corte total no ponto de solda investigado

onde:

	τ _XT	componente x da tensão de corte causada pelo torque T [MPa, psi]
	τ _Y	tensão de corte causada pela força de corte F_Y' [MPa, psi]
	τ _YT	componente y da tensão de corte causada pelo torque T [MPa, psi]
	τ _Z	tensão de corte causada pela força de corte F_Z [MPa, psi]
	τ _ZM	tensão de corte causada pelo momento de dobra M [MPa, psi]

2. Cálculo de tensão comparativa σ _s

A tensão comparativa é determinada a partir das tensões parciais calculadas de acordo com a fórmula.

enquanto para o componente x de tensão que atua no ponto investigado da solda, perpendicular à direção da solda, é aplicada a fórmula α_X = α₃. No caso oposto, α_X = α₄. O mesmo se aplica ao componente y da tensão que atua perpendicularmente à direção da solda, ou seja, α_Y = α₃ ou α_Y = α₄.

	τ _XT	componente x da tensão de corte causada pelo torque T [MPa, psi]
	τ _Y	tensão de corte causada pela força de corte F_Y [MPa, psi]
	τ _YT	componente y da tensão de corte causada pelo torque T [MPa, psi]
	τ _Z	tensão de corte causada pela força de corte F_Z [MPa, psi]
	τ _ZM	tensão de corte causada pelo momento de dobra M [MPa, psi]
	α ₃	fator de conversão da junta soldada para solda de extremidade em ângulo [-]
	α ₄	fator de conversão da junta soldada para solda de extremidade em ângulo [-]