21.4.1.1 Стыковое соединение

Стандартная процедура расчета. Проверка общей прочности путем непосредственного сравнения рассчитанных значений нормального напряжения, напряжения при сдвиге (напряжения среза) или итогового приведенного напряжения с допустимыми значениями с помощью стандартной процедуры расчета. В зависимости от типа сварного соединения, приемов конструирования и вида нагрузки для расчета прочности можно применять одну из следующих формул: , где расчет допустимой нагрузки осуществляется по формулам (с учетом требуемого запаса прочности):

Величина допустимой нагрузки и требуемый минимальный запас прочности соединения зависят от вида нагрузки. Важное значение имеют также тип и приемы конструирования сварного соединения.

Этот метод можно рекомендовать опытным пользователям, способным оценить требуемый минимальный запас прочности сварного соединения в зависимости от его типа, приемов конструирования и прилагаемых нагрузок.

Метод сравнения напряжений. Допустимые напряжения сравниваются с вспомогательными величинами напряжения. Эти величины определяются на основе частичных напряжений и коэффициентов преобразования сварных соединений. Этот метод позволяет выполнить проверку прочности изделия. Расчет прочности выполняется по формуле s_S  s_Al, допустимая нагрузка определяется как s_Al = S_Y / n_s.

При использовании эмпирических коэффициентов преобразования эффект приложения нагрузок различных типов с учетом запаса прочности сварного соединения включается в вычисленные значения напряжений, с которыми производится сравнение. Допускается использование только одного коэффициента запаса прочности, независимо от типа, приемов конструирования и прилагаемых к выбранному соединению нагрузок. Рекомендуемый интервал минимальных значений коэффициента запаса прочности для метода сравнения напряжений n_S = < 1.25...2 >.

Этот метод можно рекомендовать менее опытным пользователям.

Итоговая рабочая длина сварного шва. Площадь сварного шва зависит от требуемой прочности сварного соединения. Обычно площадь сварного шва вычисляется как произведение его длины и толщины. Для уменьшения площади в начале и в конце шва и при более точных расчетах рекомендуется использовать только длину сварной детали.

Рабочая длина сварного шва определяется по формуле L' = L - 2s для стыковых швов и L' = L - 2a для угловых швов, где: s-наименьшая толщина свариваемой детали, a-высота углового сварного шва. Рекомендованная рабочая длина углового сварного шва находится в интервале L' = < 3a...35a >.

Этот параметр не имеет смысла для сварных швов по замкнутой линии, для которых активная длина шва равна полной.

Игнорируется толщина фланца и перемычки. Толщину фланца и перемычки можно игнорировать при расчете тавровых и двутавровых балок, соединенных угловым сварным швом. Для стандартных сечений отношение толщины фланца (перемычки) к толщине балки имеет небольшое значение и поэтому при выполнении расчетов его можно игнорировать практически без потери точности расчета.

Рекомендуется отключить этот параметр при выполнении особо точных расчетов или при работе с балками, толщина фланцев и перемычек которых превышает обычные значения.

Учитывается распределение напряжения среза. Для балок, соединенных угловым сварным швом, после приложения силы среза можно повысить точность расчетов. Рекомендуется, чтобы пользователь был знаком с теорией распределения напряжения среза в нагруженной секции и анализировал при расчете только сварные швы, на которые воздействует сила среза. По этой теории сила среза оказывает воздействие только на сварные швы, параллельные направлению действия этой силы. Напряжение среза далее рассчитывается по формуле t = F_Y / A_s, где: F_Y-усилие среза, A_s-приведенная площадь сварочной группы

Учитывается только положительное значение напряжения изгибающего момента. Для балок, соединенных угловым сварным швом, после воздействия изгибающего момента возникает нормальное напряжение.

Максимальное напряжение возникает в наружных точках сварочной группы, наиболее удаленных от нейтральной оси. Для сварных швов, расположенных симметрично вдоль нейтральной оси, величины подобной нагрузки имеют одинаковое значение. Для несимметричных швов напряжение давления может иметь большее значение. В обычном режиме проверки прочности программа проверяет большее значение относительно таких пиковых величин, независимо от направления напряжения (в данном случае напряжения давления).

Если учитывать несущую способность сварного соединения, напряжение при растяжении имеет существенно большее значение для балок с этим типом сварного шва. Этот параметр подавляет проверку напряжения давления и позволяет проверить только максимальное напряжение при растяжении, даже если напряжение давления имеет большее значение.

Этот параметр применим только для статических расчетов, так как не учитывает разницы между положительными и отрицательными значениями при расчете величины усталости. Также расчет управляется величиной максимального напряжения для сварного шва.

Стыковой сварной шов, нагруженный силой растяжения

• нормальное напряжение , где F_n-нормальная сила [Н], A-площадь сварного шва [мм²]

• базовое напряжение , где ₁-нормальное напряжение [МПа], ₁-коэффициент сварного соединения

Стыковой сварной шов, нагрузка стандартной силой сдвига (среза)

• напряжение сдвига , где F_t-усилие среза [Н], A-площадь сварного шва [мм²]

• базовое напряжение , где -напряжение среза [МПа], ₂-коэффициент сварного соединения

Стыковой сварной шов, изгибающая нагрузка в плоскости сваренных деталей

• нормальное напряжение , где u=1000-константа, M₁-изгибающий момент [Нм], W-момент сопротивления для площади сварного шва [мм³]

• базовое напряжение , где ₂-нормальное напряжение [МПа], ₁-коэффициент сварного соединения

Стыковой сварной шов, изгибающая нагрузка направлена перпендикулярно плоскости сваренных деталей

• нормальное напряжение , где u= 1000-константа, M₂-изгибающий момент [Нм], W-момент сопротивления для площади сварного шва [мм³]

• базовое напряжение , где ₃-нормальное напряжение [МПа], ₁-коэффициент сварного соединения

Стыковой сварной шов, комбинированная нагрузка

• результирующее приведенное напряжение , где ₁, ₂, ₃-нормальное напряжение [МПа], -напряжение среза [МПа]

• базовое напряжение , где ₁, ₂, ₃-нормальное напряжение [МПа], -напряжение среза [МПа], ₁, ₂-коэффициент сварного соединения

Стыковой сварной шов, нагрузка от крутящего момента

• напряжение сдвига , где u= 1000-константа, T-крутящий момент [Нм], W-момент сопротивления для площади сварного шва [мм³]

• базовое напряжение , где _max-напряжение среза [МПа]. ₂-коэффициент сварного соединения

Расчет косого сварного шва

• нормальное напряжение , где F-действующая сила [Н], -направление действия силы для сварного шва [], A-площадь сварного шва [мм²]

• напряжение сдвига , где F-действующая сила [Н],  -направление действия силы для сварного шва [°], A-площадь сварного шва [мм²]

• результирующее приведенное напряжение , где -нормальное напряжение [МПа], -напряжение среза [МПа]

• базовое напряжение , где -нормальное напряжение [МПа], -напряжение среза [МПа], ₁, ₂-коэффициенты сварного соединения

Двухсторонний стыковой сварной шов, нагрузка стандартной силой

• нормальное напряжение , где F_Z-осевое усилие [Н], A-площадь сварного шва [мм²

• относительное напряжение , где ₁-нормальное напряжение [МПа], ₁-коэффициент преобразования сварного соединения

Двухсторонний стыковой сварной шов, воздействие изгибающего момента

• нормальное напряжение , где u=1000 - константа, M - изгибающий момент [Нм], W - момент сопротивления для площади сварного шва [мм³]

• относительное напряжение , где ₂-нормальное напряжение [МПа], ₁-коэффициент преобразования сварного соединения

Двухсторонний стыковой сварной шов, нагрузка изгибающей силой

• нормальное напряжение , где F_Y-изгибающая сила [Н], e-плечо силы [мм], W-момент сопротивления для площади сварного шва [мм³]

• напряжение сдвига , где F_Z-осевое усилие [Н], A-площадь сварного шва [мм²]

• результирующее приведенное напряжение , где ₃-нормальное напряжение [МПа], -напряжение среза [МПа], ₁, ₂-коэффициенты преобразования сварного соединения

• относительное напряжение , где ₁, ₂-нормальные напряжения [МПа], напряжение среза [МПа], ₁-коэффициент преобразования сварного соединения [-]

Двухсторонний стыковой сварной шов, комбинированная нагрузка

• полное нормальное напряжение  = ₁ + ₂ [МПа], где ₁, _-нормальное напряжение [МПа], -напряжение среза [МПа]

• относительное напряжение , где ₁, _-нормальное напряжение [МПа], -напряжение среза [МПа], ₁-коэффициент преобразования

Двухсторонний стыковой сварной шов, комбинированная нагрузка

• результирующее приведенное напряжение , где __нормальные напряжения [МПа], напряжение среза [МПа]

• относительное напряжение , где __нормальные напряжения [МПа], напряжение среза [МПа], _₂коэффициенты преобразования

Расчет нагруженной трубы, соединенной радиальным стыковым сварным швом, нагрузка стандартной силой

• нормальное напряжение , где F_Z-осевое усилие [Н], A-площадь сварного шва [мм²]

• относительное напряжение , где -нормальное напряжение [МПа], ₁-коэффициент преобразования сварного соединения

Расчет нагруженной трубы, соединенной радиальным стыковым сварным швом, нагрузка крутящим моментом

• напряжение сдвига , где u=1000 - константа, T-крутящий момент [Нм], W-момент сопротивления для площади сварного шва [мм³]

• относительное напряжение , где  - напряжение среза [МПа], ₂ - коэффициент преобразования сварного соединения

Расчет нагруженной трубы, соединенной радиальным стыковым сварным швом, комбинированная нагрузка

• результирующее приведенное напряжение , где -нормальное напряжение [МПа], -напряжение среза [МПа], ₁, ₂-коэффициенты преобразования сварного соединения

• относительное напряжение , где нормальное напряжение [МПа], напряжение среза [МПа], ₁, ₂-коэффициенты преобразования сварного соединения