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 [mm 2 , pol 2 ]. |
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 [mm 4 , pol 4 ] |
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 [mm 2 , pol 2 ] |
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 [mm 4 , pol 4 ] |
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 [mm 2 , pol 2 ]. |
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 [mm 4 , pol 4 ] |
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 [mm 2 , pol 2 ] |
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 [mm 4 , pol 4 ] |
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 = α 3 . No caso oposto, α X = α 4 . O mesmo se aplica ao componente y da tensão que atua perpendicularmente à direção da solda, ou seja, α Y = α 3 ou α Y = α 4 .
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 [-] |