-工作应力和计算.pptx
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1、4.2.1 4.2.1 应力集中的概念应力集中的概念n n工作应力工作应力工作应力工作应力在外力作用下,在外力作用下,在外力作用下,在外力作用下,接头部位产接头部位产接头部位产接头部位产生的应力称为。生的应力称为。生的应力称为。生的应力称为。n n应力集中应力集中应力集中应力集中接头局部区域的最大应力比接头局部区域的最大应力比接头局部区域的最大应力比接头局部区域的最大应力比平均应力高的现象,叫应力集中。平均应力高的现象,叫应力集中。平均应力高的现象,叫应力集中。平均应力高的现象,叫应力集中。n n应力集中的应力集中的应力集中的应力集中的表达式表达式表达式表达式:焊接接头中产生应力集中焊接接头中
2、产生应力集中的原因的原因 焊接工艺缺陷焊接工艺缺陷_ _气孔、夹渣、咬边、未焊透、气孔、夹渣、咬边、未焊透、裂纹等均会引起应力集中、其中裂纹和未焊透裂纹等均会引起应力集中、其中裂纹和未焊透最为严重;最为严重;不合理的焊缝外形不合理的焊缝外形_ _焊缝余高过大,角焊缝凸焊缝余高过大,角焊缝凸形过高都会在焊趾处引起较大的应力集中;形过高都会在焊趾处引起较大的应力集中;接头设计不合理接头设计不合理_ _接头截面突变,对接接头加接头截面突变,对接接头加盖板、单侧焊缝的盖板、单侧焊缝的T T型接头都会引起较严重的型接头都会引起较严重的应力集中。应力集中。4.2.2.4.2.2.电弧焊焊接接头的工作应力分
3、电弧焊焊接接头的工作应力分布和工作性能布和工作性能1 1 对接接头对接接头对接接头对接接头 对接接头的焊缝形状产生了对接接头的焊缝形状产生了结构不连续性,因而引起不结构不连续性,因而引起不同的应力分布,在焊缝与母同的应力分布,在焊缝与母材的过渡处引起应力集中,材的过渡处引起应力集中,最大应力集中部位在焊趾。最大应力集中部位在焊趾。图图4-244-24 应力集中系数:应力集中系数:上焊趾处上焊趾处 K KT T达达1.61.6下焊趾处下焊趾处 K KT T达达1.51.5K KT T主要与余高主要与余高h h和过度半径和过度半径r r有关有关图图4-244-24余高余高h 和过渡半径和过渡半径
4、r 与与KT的关系的关系 图图4-25主要工作性能:主要工作性能:n n 余高对动载工作十分不利。n n 国家标准规定,承受动载荷的接头,其焊缝余高应趋近于零。n n 对重要的动载构件,用削平余高或增大过渡半径过渡半径 的措施来降低应力集中,提高接头的疲劳强度n但与其他接头相比,对接还是好的。2、丁字接头(十字接头)、丁字接头(十字接头)十字接头有熔透和未熔十字接头有熔透和未熔十字接头有熔透和未熔十字接头有熔透和未熔透两种透两种透两种透两种 未熔透的十字接头,未熔透的十字接头,在焊趾和焊根处有较在焊趾和焊根处有较大的应力集中系数,大的应力集中系数,其中以焊根处为最大。其中以焊根处为最大。图图4
5、-264-26 熔透的十字接头有较熔透的十字接头有较小的应力集中系数。小的应力集中系数。主要影响因素主要影响因素K、n n不同角度的焊缝其应力集中系数与K/的关系图4-27n n工作焊缝:KKTn n联系焊缝:KKT联系焊缝的应力集中联系焊缝的应力集中图4-28与与应力集中系数应力集中系数图图4-29n nKT随 角角线性增大主要工作性能:主要工作性能:n n避免在板厚方向受力,防层状撕裂。n n尽量设计焊缝为联系焊缝;图4-30n n或用煅制型钢设计十字接头图4-313、搭接接头的应力分布、搭接接头的应力分布正面搭接角焊缝正面搭接角焊缝正面搭接角焊缝正面搭接角焊缝:与力作用与力作用方向垂直的
6、焊缝方向垂直的焊缝侧面角焊缝和斜向角焊缝侧面角焊缝和斜向角焊缝侧面角焊缝和斜向角焊缝侧面角焊缝和斜向角焊缝 焊缝根部焊缝根部A A点、焊趾点、焊趾B B点点应力集中严重应力集中严重 焊趾焊趾B B点的应力集中系数点的应力集中系数随角焊缝的斜边的夹角随角焊缝的斜边的夹角 而变而变 减小减小、增大熔深焊透根、增大熔深焊透根部和增大底边焊脚长度,部和增大底边焊脚长度,可使可使 K KT T 减小减小图图4-324-32、3333正面搭接角焊缝设计要求设计要求n n正面角焊缝与作用力偏心,要承受附加正面角焊缝与作用力偏心,要承受附加弯曲应力,弯曲应力,l4图4-34注意分析受力位置注意分析受力位置n
7、na a)普遍使用,左右焊缝受力相等;)普遍使用,左右焊缝受力相等;n nb b)情况的左侧变形和受力要大于右侧。)情况的左侧变形和受力要大于右侧。侧面搭接角焊缝变形分布示意图侧面搭接角焊缝变形分布示意图注意受力位置:应力大小与其有关注意受力位置:应力大小与其有关举例计算举例计算侧面搭接角焊缝的侧面搭接角焊缝的KTn n列等式n n求出l=1.2Bn n计算焊缝中的最大剪应力maxn n假设平均剪应力(统计经验值)n nKT=2.2不同长度的不同长度的侧面搭接角焊缝上侧面搭接角焊缝上的应力分布的应力分布n n两端大,中间小;两端大,中间小;两端大,中间小;两端大,中间小;n n短焊缝短焊缝短焊
8、缝短焊缝应力不均匀程度小;应力不均匀程度小;应力不均匀程度小;应力不均匀程度小;n n设计规范:设计规范:l 50K联合角焊缝联合角焊缝n n应力分布较均匀,所以可以缩短搭接的长度应力分布较均匀,所以可以缩短搭接的长度加盖板接加盖板接头的应力头的应力分布分布联合焊缝好于联合焊缝好于联合焊缝好于联合焊缝好于侧面角焊缝;侧面角焊缝;侧面角焊缝;侧面角焊缝;但是,抗疲劳但是,抗疲劳但是,抗疲劳但是,抗疲劳载荷较差?载荷较差?载荷较差?载荷较差?斜向搭接角焊缝斜向搭接角焊缝-可以提高承可以提高承载能力约载能力约0.170.17倍,很有限倍,很有限 应力集中与焊缝应力集中与焊缝n n在受力过程中,也发生
9、应力均匀化的过程;n n材料若有足够的延性KT对静载强度没有影响。点焊接头的应力分布(略)点焊接头的应力分布(略)n n单排点焊接头单排点焊接头的应力分布的应力分布(如图)(如图)n n多排点焊以两多排点焊以两端焊点受力最端焊点受力最大(如图)大(如图)4.3 4.3 焊接接头静载强度计算焊接接头静载强度计算 4.3.1 4.3.1 工作焊缝与联系焊缝工作焊缝与联系焊缝工作焊缝与联系焊缝工作焊缝与联系焊缝结构设计时不用计算联系焊缝,只计算工作焊结构设计时不用计算联系焊缝,只计算工作焊结构设计时不用计算联系焊缝,只计算工作焊结构设计时不用计算联系焊缝,只计算工作焊缝,对双重焊缝,也只计算工作应力
10、,而不考缝,对双重焊缝,也只计算工作应力,而不考缝,对双重焊缝,也只计算工作应力,而不考缝,对双重焊缝,也只计算工作应力,而不考虑联系焊缝。虑联系焊缝。虑联系焊缝。虑联系焊缝。4.3.2 4.3.2 强度计算的基本公式和强度计算的基本公式和简化计算的基本做法简化计算的基本做法 1 1、强度计算的基本公式、强度计算的基本公式、强度计算的基本公式、强度计算的基本公式n n计算方法:许用应力法计算方法:许用应力法计算方法:许用应力法计算方法:许用应力法 与工程力学中方法本质相同与工程力学中方法本质相同与工程力学中方法本质相同与工程力学中方法本质相同n n设计原则:焊缝强度设计原则:焊缝强度设计原则:
11、焊缝强度设计原则:焊缝强度=母材强度母材强度母材强度母材强度 一般表达式:一般表达式:一般表达式:一般表达式:2、简化计算的基本做法、简化计算的基本做法焊缝接头强度计算的假设焊缝接头强度计算的假设焊缝接头强度计算的假设焊缝接头强度计算的假设 焊接残余应力对接头强度没有影响;焊接残余应力对接头强度没有影响;焊接残余应力对接头强度没有影响;焊接残余应力对接头强度没有影响;焊趾、余高等处的应力集中(焊趾、余高等处的应力集中(焊趾、余高等处的应力集中(焊趾、余高等处的应力集中(K KT T)对接头强度对接头强度对接头强度对接头强度没有影响;没有影响;没有影响;没有影响;接头的工作应力是均布的,以平均应
12、力计算;接头的工作应力是均布的,以平均应力计算;接头的工作应力是均布的,以平均应力计算;接头的工作应力是均布的,以平均应力计算;不计正面与侧面焊缝的强度差别;不计正面与侧面焊缝的强度差别;不计正面与侧面焊缝的强度差别;不计正面与侧面焊缝的强度差别;焊脚尺寸的大小对角焊缝的强度没有影响;焊脚尺寸的大小对角焊缝的强度没有影响;焊脚尺寸的大小对角焊缝的强度没有影响;焊脚尺寸的大小对角焊缝的强度没有影响;角焊缝都是在切应力的作用下破坏的,角焊缝都是在切应力的作用下破坏的,故按切应力计算强度;故按切应力计算强度;角焊缝的破断面角焊缝的破断面角焊缝都是在切应力作用下角焊缝都是在切应力作用下角焊缝都是在切应
13、力作用下角焊缝都是在切应力作用下破坏的。角焊缝的计算断面在破坏的。角焊缝的计算断面在破坏的。角焊缝的计算断面在破坏的。角焊缝的计算断面在其截面的最小高度上,取内接其截面的最小高度上,取内接其截面的最小高度上,取内接其截面的最小高度上,取内接三角形高度三角形高度三角形高度三角形高度,称为计算高,称为计算高,称为计算高,称为计算高度。度。度。度。直角等腰角焊缝的计算高度:直角等腰角焊缝的计算高度:直角等腰角焊缝的计算高度:直角等腰角焊缝的计算高度:假设n n埋弧自动焊和埋弧自动焊和埋弧自动焊和埋弧自动焊和COCO2 2气气气气体保护焊的熔深较体保护焊的熔深较体保护焊的熔深较体保护焊的熔深较大应予以
14、考虑,其大应予以考虑,其大应予以考虑,其大应予以考虑,其角焊缝计算断面厚角焊缝计算断面厚角焊缝计算断面厚角焊缝计算断面厚度度度度 (如图)(如图)(如图)(如图)4.3.3 电弧焊接头的静载强度计算电弧焊接头的静载强度计算1.对接接头的静载强度计算计算公式如下:公式如下:公式如下:公式如下:受拉时:受拉时:受拉时:受拉时:受压时:受压时:受压时:受压时:受剪时:受剪时:受剪时:受剪时:注注注注:对于未焊透的对接接头,上述各式中应将对于未焊透的对接接头,上述各式中应将 中减去中减去未焊透深度,未焊透深度,l l 取实际焊缝长度,取实际焊缝长度,、分别是焊分别是焊缝许用拉、压、切应力。缝许用拉、压
15、、切应力。1.对接接头的静载强度计算(续)计算(续)面内弯矩:面内弯矩:面内弯矩:面内弯矩:垂直弯矩:垂直弯矩:垂直弯矩:垂直弯矩:综合作用:综合作用:综合作用:综合作用:2 2、搭接接头的静载强度计算、搭接接头的静载强度计算 1)受拉、压的搭搭接接头 单面焊的正面或侧面搭接焊缝的强单面焊的正面或侧面搭接焊缝的强单面焊的正面或侧面搭接焊缝的强单面焊的正面或侧面搭接焊缝的强度公式:度公式:度公式:度公式:单面焊的正面、侧面联合搭接焊缝单面焊的正面、侧面联合搭接焊缝单面焊的正面、侧面联合搭接焊缝单面焊的正面、侧面联合搭接焊缝的强度公式:的强度公式:的强度公式:的强度公式:例例例例4-2 4-2 将
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