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

  1. 项目树中,打开分析工作台
  2. 在工作台工具栏上,选择 > Weld forces > Seam weld reactions
  3. 缝焊反作用力对话框中,选择“力/力矩”选项卡。
  4. 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)。
  5. 将所需的阈值设置为每单位长度的力的失效准则。
  6. 评估后,点击 Validate 可查看每个焊缝的状态。
  7. 选择任意列标题对表格进行排序。
  8. 选择任何一行,以便在图形中显示力和力矩摘要及其矢量。
  9. 可选: 使用 (Zoom)模型视窗聚焦在选定的焊缝上。
  10. 查看焊缝长度上每单位长度的焊缝反作用力曲线图。
    1. 对于反作用力类型,从下拉菜单中选择目标反作用力类型。
    2. 选择 Show
      选定的反作用力将绘制在新窗口中。
  11. 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

  1. 项目树中,打开分析工作台
  2. 在工作台工具栏上,选择 > Weld forces > Seam weld reactions
  3. 缝焊反作用力对话框中,选择“应力”选项卡。
  4. 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。
  5. 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)。
  6. 点击 Evaluate 以计算所有焊缝沿焊缝长度的各种应力分量。
    1.

    下面的等式是根据弯曲理论得出的:

    由法向力 ( F z ) 在焊缝垂直方向产生的法向应力:

    σ = F z A T

    由弯矩 ( M x ) 在焊缝垂直方向产生的法向应力:

    σ = M x r y I w x

    由剪切力 ( F x ) 在焊缝垂直方向产生的剪切应力:

    τ = F x A T

    由剪切力 ( F y ) 在焊缝平行方向产生的剪切应力:

    τ = M z r y J T

    由力矩 ( M z )在焊缝垂直方向产生的剪切应力:

    τ = M z r y J T

    由力矩 ( M z )在焊缝平行方向产生的剪切应力:

    τ = M z r x J T

    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、

    σ m a x = F z A T + M z r y I w x

    沿焊缝垂直方向的最大剪切应力、

    τ m a x = F x A T + M z r y J T

    沿焊缝平行方向的最大剪切应力,

    τ m a x = F y A T + M z r x J T

    其中,
    σ
    法向应力垂直于焊缝方向
    τ
    剪切应力垂直于焊缝方向
    τ
    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:

    σ e q u i v a l e n t = σ 2 + 3 τ 2 + τ 2 0 . 5

    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:

    σ 2 + 3 τ 2 + τ 2 0 . 5 f u β w γ M 2

    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
    β w
    适当的相关因子
  7. 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。
  8. 评估后,点击 Validate 可查看每个焊缝的状态。
  9. 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。
  10. 选择任意列标题对表格进行排序。
  11. 可选: 使用 (Zoom)模型视窗聚焦在选定的焊缝上。
  12. 查看焊缝长度上每单位长度的焊缝应力曲线图。
    1. 对于反作用力类型,从下拉菜单中选择目标应力类型。
    2. 选择 Show
      沿焊缝长度的选定应力将绘制在新窗口中。
  13. 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。
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。

3.
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。

2.
F x ' = F X × 0 . 707 + F Z × 0 . 707 -5832.0430 N
F y ' = F Y 1.1022 N
F z ' = F Z × 0 . 707 + F X × 0 . 707 -1.54E+04 N
M x ' = M X × 0 . 707 + M Z × 0 . 707 -697.5319 Nmm
M y ' = M Y -16587.0000 Nmm
M z ' = - M X × 0 . 707 + M Z × 0 . 707 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:

σ = F z A T
σ = - 15400 353 . 55
σ = - 43 . 5   MPa

其中,

A T
Weld   length × weld   throat   width = 100 × 3 . 5355 = 353 . 55 mm 2

垂直于轴向的剪切应力:

τ = F x ' A T
τ = - 5832 . 43 353 . 55
τ = - 16 . 495   MPa

平行于剪切的剪切应力:

τ = F y A T
τ = 1 . 1022 353 . 55
τ = 0 . 00311   MPa

等效应力:

σ e q u i v a l e n t = σ 2 + 3 τ 2 + τ 2 0 . 5
σ e q u i v a l e n t = 52 . 03   MPa

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。
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。
5.
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,

5.
F x ' = F X × 0 . 707 + F Z × 0 . 707 -207.4267 N
F y ' = F Y -30063.0000 N
F z ' = F Z × 0 . 707 + F X × 0 . 707 -56.6 N
M x ' = M X × 0 . 707 + M Z × 0 . 707 -3243492.5880 Nmm
M y ' = M Y -2053.5000 Nmm
M z ' = - M X × 0 . 707 + M Z × 0 . 707 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:

σ = F z ' A T
σ = - 56 . 6 353 . 55
σ = - 0 . 16   MPa

其中,

A T
Weld   length × weld   throat   width = 100 × 3 . 5355 = 353 . 55 mm 2

垂直于弯曲的法向应力:

σ = M x ' × r y I w x
σ = - 3243492 . 588 × 50 368 . 285
σ = - 550 . 44   MPa

最大垂直法向应力:

σ = F z ' A T + M x ' × r y I w x
σ m a x = - 550 . 60   MPa

垂直于剪切的剪切应力:

τ = F x ' A T
τ = - 207 . 43 353 . 55
τ = - 0 . 59   MPa

垂直于扭转的剪切应力

τ = M z ' × r y J
τ = 3381238 . 812 294996 . 11
τ = 573 . 09   MPa

最大垂直剪切应力:

τ m a x = F x ' A T + M z ' × r y J
τ m a x = 572 . 5   MPa

平行于剪切的剪切应力:

τ = F y ' A T
τ = - 30063 353 . 55
τ = - 85   MPa

平行于扭转的剪切应力:

τ = M z ' × r x J
τ = 3381238 . 812 × 1 . 767 294996 . 11
τ = 20 . 25   MPa

最大平行剪切应力:

τ m a x = F y ' A T + M z ' × r x J
τ m a x = - 64 . 75   MPa

等效应力:

σ e q u i v a l e n t = σ m a x + 3 τ m a x 0 . 5
σ e q u i v a l e n t = 1139 . 76   MPa

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。