查看缝焊反作用力
显示缝焊合力和应力的表格。
显示每个焊缝的总接触力和平均应力,但也可以按单位长度计算缝焊合力和喉管应力。此评估的数据点数量由焊缝长度自动确定。单位长度的合力和应力可用于缝焊设计标准,特别是 Eurocode 3(EN 1993-1-8:Eurocode 3:钢结构设计,第 4.5.3 部分)。
力/力矩
- 在项目树中,打开分析工作台。
-
在工作台工具栏上,选择
>
Weld forces > Seam weld reactions。
- 在缝焊反作用力对话框中,选择“力/力矩”选项卡。
- 点击 Evaluate 以计算所有焊缝沿焊缝长度的力/力矩分量。这可以估算模型中所有焊缝的峰值(最大值和最小值)。
- 将所需的阈值设置为每单位长度的力的失效准则。
- 评估后,点击 Validate 可查看每个焊缝的状态。
- 选择任意列标题对表格进行排序。
- 选择任何一行,以便在图形中显示力和力矩摘要及其矢量。
- 可选:
使用
(Zoom) 将模型视窗聚焦在选定的焊缝上。
-
查看焊缝长度上每单位长度的焊缝反作用力曲线图。
- 在绘图窗口中,选择 Save as 将结果另存为图像或文本文件。
应力
- 在项目树中,打开分析工作台。
-
在工作台工具栏上,选择
>
Weld forces > Seam weld reactions。
- 在缝焊反作用力对话框中,选择“应力”选项卡。
- 可选:
激活选项 Include bending moments in stress
evaluation,可以在计算应力时将载荷引起的弯矩计算在内。
提示: 如果焊缝载荷受到相对于焊缝垂直轴的弯矩或扭转的影响,建议激活 Include bending moments in stress evaluation 选项。
- 可选: 启用 Use absolute values for maximum stress evaluation,确保应力计算考虑最大绝对值(不论正负)。
-
点击 Evaluate 以计算所有焊缝沿焊缝长度的各种应力分量。
图 1. 下面的等式是根据弯曲理论得出的:
由法向力 ( ) 在焊缝垂直方向产生的法向应力:
由弯矩 ( ) 在焊缝垂直方向产生的法向应力:
由剪切力 ( ) 在焊缝垂直方向产生的剪切应力:
由剪切力 ( ) 在焊缝平行方向产生的剪切应力:
由力矩 ( )在焊缝垂直方向产生的剪切应力:
由力矩 ( )在焊缝平行方向产生的剪切应力:
用于计算各组件最大应力的等式:
沿焊缝垂直方向的最大法向应力、
沿焊缝垂直方向的最大剪切应力、
沿焊缝平行方向的最大剪切应力,
其中,- 法向应力垂直于焊缝方向
- 剪切应力垂直于焊缝方向
- 剪切应力平行于焊缝方向
- AT
- 焊缝喉厚区域
- Fx, Fy, Fz
- 力分量通过缝焊与零件接触产生的反作用力求解得出
- Mx, My, Mz
- 力矩分量通过缝焊与零件接触产生的反作用力矩求解得出
- ry
- 从焊缝中心到沿焊缝长度计算应力位置的距离
- rx
- 焊缝喉厚的宽度
- Iw
- 焊缝的转动惯量
- Jw
- 焊缝的极转动惯量
等效应力根据以下等式计算:
等效应力应小于计算出的标准值。根据 EN 1993-1-8 Eurocode 3 的示例给出了以下等式:
对于根据 Eurocode 示例计算的标准值,术语如下所述,其中,
- fu
- 较弱连接零件的标称极限拉伸应力
- 适当的相关因子
- 将所需的阈值设置为应力(法向应力、剪切应力和等效应力)的失效准则。
- 评估后,点击 Validate 可查看每个焊缝的状态。
-
对于平均应力计算,可通过选中 Include weld section
stresses来激活将每个焊缝分割为更多截面的功能。然后输入 Section
length to throat thickness ratio的值。
该值可确保焊缝不受特定焊接标准的约束。
- 选择任意列标题对表格进行排序。
- 可选:
使用
(Zoom) 将模型视窗聚焦在选定的焊缝上。
-
查看焊缝长度上每单位长度的焊缝应力曲线图。
- 在绘图窗口中,选择 Save as 将结果另存为图像或文本文件。
- 案例研究 1
- 计算采用双面角焊缝连接梁的焊缝沿喉厚方向的应力分量:沿 +Z 轴施加 30 KN 的垂直力,并将其约束在底板处。
图 2. 其中一条焊缝的力和力矩可从如下所示的“反作用力 / 接触力”对话框中获取。
图 3. 表 1. FX = 6.75E+03 N FY = 1.10E+00 N FZ = -1.50E+04 N MX = -80.1880 Nmm MY = -16587.0000 Nmm MZ = -906.4200 Nmm 如下表所示,根据全局坐标系对焊缝喉部的力和力矩进行解析。
表 2. -5832.0430 N 1.1022 N -1.54E+04 N -697.5319 Nmm -16587.0000 Nmm Mz' = -MX*0.707+MZ*0.707 -584.146024 Nmm 现在,计算焊缝喉部的法向应力和剪切应力。注: 由力矩引起的应力可以忽略不计。垂直于轴向的法向应力:
其中,
垂直于轴向的剪切应力:
平行于剪切的剪切应力:
等效应力:
表 3. SimSolid 与手工计算值的比较 应力分量 SimSolid (MPa) 分析 (MPa) 增量 (%) σ⊥ 44.03 43.50 1 τ⊥ 16.70 16.50 1 σequivalent 52.90 52.03 <2 注: 弯曲应力因可忽略不计而未予考虑,因此采用平均应力值进行比较。 - 案例研究 2
-
计算采用双面角焊缝连接梁的焊缝沿喉厚方向的应力分量:如下图所示,在垂直板的基面沿 Z 轴施加 1e7 N-mm 的力矩,并将其约束在底板处。
图 4. 其中一条焊缝的力和力矩可从如下所示的“反作用力 / 接触力”对话框中获取。图 5. 表 4. FX = -106.6800 N FY = -30063.0000 N FZ = -186.7100 N MX = 97416.0000 Nmm MY = -2053.5000 Nmm MZ = -4685100.0000 Nmm 如下表所示,根据全局坐标系对焊缝喉部的力和力矩进行解析,
表 5. -207.4267 N -30063.0000 N -56.6 N -3243492.5880 Nmm -2053.5000 Nmm Mz' = -MX*0.707+MZ*0.707 3381238.812 Nmm 现在,计算焊缝喉部的法向应力和剪切应力。注: 由于缝焊受到扭转的影响,因此要同时考虑力和力矩引起的应力。垂直于轴向的法向应力:
其中,
垂直于弯曲的法向应力:
最大垂直法向应力:
垂直于剪切的剪切应力:
垂直于扭转的剪切应力
最大垂直剪切应力:
平行于剪切的剪切应力:
平行于扭转的剪切应力:
最大平行剪切应力:
等效应力:
表 6. SimSolid 与手工计算值的比较 应力分量 SimSolid (MPa) 分析 (MPa) 增量 (%) σ⊥max 556.79 550.60 1 τ⊥max 560.80 572.5 2 σequivalent 1129.37 1139.76 <1 注: 在应力计算中纳入了弯曲应力,因此我们考虑了转角位置 (ry) ,因为该位置会产生最大应力。与SimSolid缝焊反作用力表中的最大值进行对比。