过程装备制造Chapter 3 焊接接头的强度计算.ppt

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，