Spannungen in Schweißnahtgruppen berechnen

Wie werden Spannungen einer Schweißnahtgruppe berechnet?

Verläuft die Last eines Anschlusses mit mehreren Nahtlinien nicht durch den Gruppenschwerpunkt, tragen die Nähte die Kraft und ihr Torsionsmoment. Das übliche Handrechenverfahren beschreibt die Naht als Linie mit der wirksamen Nahtdicke als Breite. Die Kraft verteilt sich gleichmäßig über die Nahtfläche. Das Moment erzeugt eine zum Schwerpunktabstand proportionale Spannung senkrecht zum Radius. Beide Anteile werden vektoriell addiert.

Formel

Direkte Schubspannung: τ′ = F / A. Schubspannung aus Torsion: τ″ = M × r / J. A ist die Nahtquerschnittsfläche aus Nahtdicke × Gesamtlänge. J ist das polare Moment um den Gruppenschwerpunkt. Bei gleicher Nahtdicke gilt J = a × J_u. J_u hängt nur von der Liniengeometrie ab. Für ein umlaufendes Rechteck gilt (b + d)³ / 6, für zwei parallele Linien d (3b² + d²) / 6.

Beispiel

Eine umlaufende Naht von 50 × 50 mm besteht aus Kehlnähten mit 5 mm Schenkelmaß. Die Nahtdicke ist 0,707 × 5 = 3,535 mm. Eine vertikale Last von 12 kN wirkt 175 mm vom Schwerpunkt entfernt. Die Nahtfläche ist 3,535 × 200 = 707 mm² und die direkte Schubspannung 12 000 / 707 = 17,0 MPa. J_u = 100³ / 6 = 166 700 mm³ und J = 589 200 mm⁴. An einer Ecke beträgt jede Komponente der Torsionsspannung 12 000 × 175 × 25 / 589 200 = 89,1 MPa. An den lastnahen Ecken beträgt die Resultierende √(89,1² + (17,0 + 89,1)²) = 138,5 MPa. Dieses Beispiel ist voreingestellt. Das Ergebnis stimmt mit der ausgearbeiteten Lösung nach Shigley überein.

Anwendung

Geben Sie jede Nahtlinie über Anfangspunkt, Endpunkt und Nahtdicke ein oder wählen Sie eine vorgegebene Anordnung. Geben Sie die Last und einen Punkt ihrer Wirkungslinie an. Das Werkzeug berechnet die Spannung an jedem Linienende, markiert den maßgebenden Punkt und liefert dort die Linienlast (N/mm). Diese wird für die Wahl einer Nahtgröße aus einer Tabelle benötigt.

Grenzen

Nur Lasten in der Nahtebene sind enthalten. Für Biegemomente außerhalb der Ebene wird das Flächenträgheitsmoment anders bestimmt. Vergleichen Sie die Spannung mit der Nahtfestigkeit Ihrer Norm. Im vereinfachten Verfahren nach EN 1993-1-8 lautet die Grenze f_u / (√3 × β_w × γ_M2). Entnehmen Sie die Beiwerte der Norm. Grundwerkstofffestigkeit, Nahtqualität und Ermüdung werden gesondert bewertet.