Угловые сварные швы с нагрузкой, перпендикулярной плоскости соединения деталей

Стандартная процедура расчета

1. Обобщенное решение для комбинированной нагрузки

Нагрузка в плоскости, перпендикулярной плоскости шва, вызывает в шве растягивающее или сжимающее напряжение σ.

Нормальное напряжение от осевого усилия F _Z

Где:

	F Z	осевое усилие [Н, фн].
	A	площадь сварочной группы [мм 2 , д 2 ].

Нормальное напряжение от изгибающего момента M

Где:

	u	константа
		- при расчете в метрических единицах u = 1000
		- при расчете в британских единицах u = 12
	M	изгибающий момент [Нм, фунт фут]
	r Y	расстояние между исследуемой точкой и центром масс сварочной группы по оси Y [мм, д]
	I	момент инерции сварочной группы относительно нейтральной оси X [мм 4 , д 4 ]

Полное нормальное напряжение

σ = σ _F ± σ _M [МПа, фунт/кв.дюйм]

Где:

	σ F	нормальное напряжение от осевого усилия F Z [Н, фунт]
	σ M	нормальное напряжение от изгибающего момента M [мм, д]

Нагрузка в плоскости шва вызывает в шве напряжение сдвига τ:

Напряжение среза от усилия среза F _Y

Где:

	F Y	усилие среза [Н, фн]
	A	площадь сварочной группы [мм 2 , д 2 ]

Напряжение среза от крутящего момента T

- компонент X напряжения

- компонент Y напряжения

Где:

	u	константа
		- при расчете в метрических единицах u = 1000
		- при расчете в британских единицах u = 12
	T	крутящий момент [Нм, фн фт]
	r X	расстояние между исследуемой точкой и центром масс сварочной группы по оси Y [мм, д]
	r Y	расстояние между исследуемой точкой и центром масс сварочной группы по оси Y [мм, д]
	J	полярный момент инерции сварочной группы [мм 4 , д 4 ]

Полное напряжение среза

для кругового сварного шва:

для других сварных швов:

Где:

	τ XT	компонент X напряжения среза от крутящего момента T [МПа, фн/кв.дюйм]
	τ Y	напряжение сдвига, вызываемое силой сдвига F Y ' [МПа, фн/кв.дюйм]
	τ YT	компонент Y напряжения среза от крутящего момента T [МПа, фн/кв.дюйм]

Результирующее напряжение среза в исследуемой точке сварного шва

Где:

	σ	полное нормальное напряжение [МПа, фунт/кв.дюйм]
	τ	полное напряжение среза [МПа, фунт/кв.дюйм]

2. Нагрузка от изгибающего усилия F _Y

В расчетах изгибающее усилие может быть заменено комбинацией усилия среза F _Y , действующего в плоскости шва, и изгибающего момента M, действующего в плоскости, перпендикулярной плоскости шва. После этого напряжение в шве может быть рассчитано с помощью описанной выше процедуры.

Изгибающий момент определяется по формуле:

Где:

	F Y	усилие среза [Н, фн]
	e	плечо изгибающего усилия [мм, д]
	u	константа
		- при расчете в метрических единицах u = 1000
		- при расчете в британских единицах u = 12

3. Нагрузка от произвольного усилия F _Y

В расчетах произвольное усилие F может быть заменено комбинацией усилия среза F _Y , действующего в плоскости среза с осевым усилием F _Z , и изгибающего момента M, действующего в плоскости, перпендикулярной плоскости среза. Затем с помощью описанной выше процедуры рассчитывается напряжение в шве.

Отдельные компоненты нагрузки определяются по формулам:

- изгибающий момент

- осевое усилие

F _Z = F cos ϕ [Н, фунт]

- усилие среза

F _Y = F cos ϕ [Н, фунт]

Где:

	F	действующая сила [Н, фн]
	r F	плечо силы относительно центра масс сварочной группы [мм, д]
	u	константа
		- при расчете в метрических единицах u = 1000
		- при расчете в британских единицах u = 12
	ϕ	угол приложения действующей силы [°]

Метод сравнения напряжений

1. Обобщенное решение для комбинированной нагрузки

По сравнению со стандартным методом расчета, метод сравнения напряжений является альтернативой для расчета напряжений от осевого усилия или изгибающего момента, действующего в плоскости, перпендикулярной плоскости шва. Обычно напряжение в сварных швах имеет нормальную и тангенциальную компоненты. Метод сравнения напряжений основывается на том факте, что прочность материала шва на сдвиг меньше прочности на растяжение. Чтобы упростить расчет, сварные соединения проверяются только на напряжения среза. В деталях же расчетный метод не отличается от стандартного. Расчетные формулы также аналогичны.

Нагрузка в плоскости, перпендикулярной плоскости шва:

Напряжение среза от осевого усилия F _Z

Где:

	F Z	осевое усилие [Н, фн].
	A	площадь сварочной группы [мм 2 , д 2 ].

Напряжение среза от изгибающего момента M

Где:

	M	изгибающий момент [Нм, фунт фут]
	r Y	расстояние между исследуемой точкой и центром масс сварочной группы по оси Y [мм, д]
	u	константа
		- при расчете в метрических единицах u = 1000
		- при расчете в британских единицах u = 12
	I	момент инерции сварочной группы относительно нейтральной оси X [мм 4 , д 4 ]

Нагрузка в плоскости шва:

Напряжение среза от усилия среза F _Y

Где:

	F Y	усилие среза [Н, фн]
	A	площадь сварочной группы [мм 2 , д 2 ]

Напряжение среза от крутящего момента T

- компонент X напряжения

- компонент Y напряжения

Где:

	T	крутящий момент [Нм, фн фт]
	u	константа
		- при расчете в метрических единицах u = 1000
		- при расчете в британских единицах u = 12
	r Y	расстояние между исследуемой точкой и центром масс сварочной группы по оси Y [мм, д]
	r X	расстояние между исследуемой точкой и центром масс сварочной группы по оси X [мм, д]
	J	полярный момент инерции сварочной группы [мм 4 , д 4 ]

Полное напряжение среза в исследуемой точке сварного шва

Где:

	τ XT	компонент X напряжения среза от крутящего момента T [МПа, фн/кв.дюйм]
	τ Y	напряжение сдвига, вызываемое силой сдвига F Y ' [МПа, фн/кв.дюйм]
	τ YT	компонент Y напряжения среза от крутящего момента T [МПа, фн/кв.дюйм]
	τ Z	напряжение среза от сдвигающего усилия F Z [МПа, фн/кв.дюйм]
	τ ZM	напряжение среза от изгибающего момента M [МПа, фн/кв.дюйм]

2. Расчет для сравнения напряжений σ _s

Сравнение напряжений определяется по частным напряжениям согласно формуле.

при этом для компонента X напряжения, действующего в исследуемой точке шва перпендикулярно его направлению, применяется формула α _X = α ₃ . В противном случае α _X = α ₄ . То же справедливо для компонента Y напряжения, действующего перпендикулярно направлению шва: α _Y = α ₃ или α _Y = α ₄ .

	τ XT	компонент X напряжения среза от крутящего момента T [МПа, фн/кв.дюйм]
	τ Y	напряжение сдвига, вызываемое силой сдвига F Y [МПа, фн/кв.дюйм]
	τ YT	компонент Y напряжения среза от крутящего момента T [МПа, фн/кв.дюйм]
	τ Z	напряжение среза от сдвигающего усилия F Z [МПа, фн/кв.дюйм]
	τ ZM	напряжение среза от изгибающего момента M [МПа, фн/кв.дюйм]
	α 3	коэффициент преобразования сварного соединения для углового шва [-]
	α 4	коэффициент преобразования сварного соединения для углового шва [-]