焊接接头的强度计算

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,Chapter,3,焊接接头的强度计算,Intensity calculation of welding joint,本章重点,：,1.,焊接接头的应力集中,2.,焊接接头的应力分布,3.,焊缝静载强度计算,本章难点,：,1.,焊接接头的应力分布,2.,焊缝静载强度计算,1.,焊接接头的应力集中,1,应力集中的概念,1.1,定义,由于焊接的形状和焊缝布置的特点，焊接接头工作应力的分布是不均匀的，其最大 应力 比平均应力值 高，这种情况称应力集中。,1.2,表达式,：,焊接接头中存在应力集中的影响因素,焊接工艺缺陷、冶金缺陷、夹渣、气孔、咬边、未焊透均会引起应力集中、其中咬边、未焊透较为严重。,不合理的焊缝外形。不同焊缝形状会引起不同程度的应力集中。,接头型式：不同接头型式引起应力集中不同。,制造过程中的缺陷。,焊接残余应力。,2.,电弧焊焊接接头的应力分布,1,对接接头的应力分布,对接接头的焊缝形状产生了结构不连续性，因而引起不同的应力分布，在焊缝与母材的过渡处引起应力集中，最大应力集中部位在焊趾。,应力集中系数：,对接接头的应力分布,2,对接接头的焊缝形状产生了结构不连续性，因而引起不同的应力分布，在焊缝与母材的过渡处引起应力集中，最大应力集中部位在焊趾。,应力集中系数：,丁字接头（十字接头）的应力分布,十字接头有熔透和未熔透两种,未熔透的十字接头，在焊趾和焊根处有较大的应力集中系数，其中以焊根处为最大。,熔透的十字接头有较小的应力集中系数。,搭接接头的应力分布,正面角焊缝,:,把与力作用方向垂直的焊缝,焊缝根部,A,点、焊趾,B,点应力集中严重,焊趾,B,点的应力集中系数随角焊缝的斜边的夹角 而变,减小 、增大熔深焊透根部和增大底边焊脚长度，可使 减小,侧面搭接角焊缝,斜向搭接角焊缝,点焊接头的应力分布,单排点焊接头的应力分布（如图）,多排点焊以两端焊点受力最大（如图）,3,焊缝的静载强度计算,焊缝接头强度计算的假设,残余应力对接头强度无影响,应力集中对接头强度无影响,接头的工作应力是均布的，以平均应力计,不计正面与侧面焊缝、焊缝的加强与减弱和不同焊接规范引起的焊缝性能差异，而用统一的计算截面和许用应力,焊缝接头强度计算的假设,角焊缝都是在切应力作用下破坏的。角焊缝的计算断面在角焊缝截面的最小高度上，取内接三角形高度 为计算高度，（如图）。,直角等要角焊缝的计算高度：,尽管加强和小量的熔深对于接头强度没有影响，但埋弧自动焊和 保护焊的熔深较大应予以考虑，其角焊缝计算断面厚度 （如图）,电弧焊接接头的静载强度计算,1.,对接焊缝强度,计算公式如下：,受拉时：,受压时：,受剪时：,电弧焊接接头的静载强度计算,而内弯：,垂直弯：,综合作用：,注,：,对于未焊透的对接接头，上述各式中应将 中减去未焊透深度，,l,取实际焊缝长度，、分别是焊缝许用拉、压、切应力。,搭接接头的静载强度计算,1.,受拉、压的塔接接头,单面焊、正面或侧面塔接焊缝的强度公式：,单面焊的正面、侧面联合塔接焊缝的强度公式：,受弯矩的搭接接头计算,2.,受弯矩的搭接接头计算,方法有三种：,分段计算法：,轴惯性矩计算法,最大切应力：,受弯矩的搭接接头计算,极惯性计算法,最大切应力：,-,极惯性矩，,（又等于相互垂直的两个轴的计算惯性矩之和）,受偏心载荷的搭接接头计算,采用分段法或轴惯性矩法计算,，则按下式求合成应力：,若采用极惯性矩法计算,，,将 分解成水平的（，）,和垂直的（，）两个力，,再合成：,注,：的计算是按全部焊缝计算，还是只考虑水平焊缝或只考虑垂直焊缝，要按具体情况而定。（如图）可按全部焊缝承受的剪力 ，均匀分布于全部焊缝中，其方向同,P,一致,载荷平行于焊缝丁字接头强度计算,由于产生最大应力的危险点在,焊缝的最上端，同时受有两个切,应力的作用，一个是由,引起的 ，另一个由,Q=P,引起的，,和 相互垂直,，所以该点的合成应力为：,若开坡口并焊透，其强度按对接接头计算，焊缝金属截面等于母材截面（,F=h,）,若不开坡口时，按下式计算：,弯矩垂直于板面的丁字头计算,如开坡口并焊接，其强度按对接接头计算，强度计算公式为：,当接头不开坡口，用角焊缝连接，强度计算公式为：,（其中,W=,）,复杂截面构件接头的计算,计算复杂截面构件接头还要考虑以下几个问题,：,计算时要先分析受载情况：,各载荷引起的应力，确定各应力的方向、性质和位置。,确定危险点，最高合成应力，（若危险点难以确定时，应选几个高应力点计算合成应力，其中合成应力最高处为危险点）,计算合成应力时，最大正应力和最大切应力虽不在同一点上，但常以最大正应力和平均切应力计算其合成应力，偏于安全。,粗略计算时，有时把正应力作为切应力考虑，也是偏于安全的简化计算方法。,受弯矩联接接头的强度计算,若构件同时承受弯矩,M,和轴向力,N,时，焊缝中应力分别求出和，由于两者方向相同，所以合成应力：,若构件同时承受横向力,P,和轴力,N,时，则要同时考虑弯矩,M=PL,和轴向力,N,及剪切力,Q=P,的作用。由于构件承受切力,Q,时，只是腹板承受的，故切力只由联接腹板的焊缝承受，并设切应力沿焊缝均匀分布。计算联接的焊缝强度时，应验算两个位置的合应力：,一个是盖板外侧受拉,的焊缝的合成应力：,另一个是腹板立焊缝,端点的合成应力：,受扭矩的接头强度计算,矩形截面构件的接头,若开坡口四周全焊，接头的最大切应力按下式计算：,若不开坡口四周全部角焊，接头的最大切应力为：,受扭矩的接头强度计算,圆形截面构件接头,若不开坡口沿圆周全部角焊接，接头中的最大切应力按下式计算：,4.,母材及焊缝的许用应力,1.,设计应力小于许用应力。,2.,母材和焊缝的许用应力分别用,和,表示。,3.,焊缝的许用应力,大小与许多因素有关，不但与焊缝工艺、材料有关，而且也与焊接检验方法的精确程度有关。,4.,焊缝的许用应力,也可以由母材的许用应力,乘以焊缝的强度减弱系数,f,来估算，即：,=,（取值）,