Figur Spenningskomponenter i sveisesnittet. a) kilsveis, b) buttsveis. (1)

Transkript

1 1.8 Statiske beregningsetoder or sveiste konstruksjoner Statiske beregninger av aluiniu konstruksjoner beregnes i bruddgrensetilstanden etter bl.a. Norsk Standard. 8.1 Spenningsteori Flere beregningsstandarder baserer seg på deviasjonshypotesen. I sin ullstendige or gir den en oangsrik orel: x + y + z - x y - x z + 3 xy + 3 xz + 3 yz j (1.8.1) Figur Terningoret utsnitt av aterialet. (16) Ligning (1.8.1) angir en 3-diensjonal spenningstilstand ed 3 noralspenninger x, y og z, og 3 skjærspenninger xy, xz og yz. j jevnørende spenning en tenkt noralspenning so tilsvarer eekten av noralspenningene og skjærspenningene. Denne spenningen åles ot aterialets tillatte spenning. I sveisesnittet orutsetter vi at det opptrer 4 orskjellige spenningskoponenter. Med 4 spenningskoponenter reduseres ligning ( ) til: x + y - x y + 3 xy + 3 yz j (1.8.) De 4 orskjellige spenningskoponentene so opptrer i sveisesnittet betegnes ote,, og, hvor: noralspenning rettvinklet på sveisesnittet og sveisens lengderetning noralspenning parallell ed sveisesnittet og ed sveisens lengderetning skjærspenning rettvinklet på sveisens lengderetning og parallell ed sveisesnittet skjærspenning parallell ed lengderetning og ed sveisesnittet Disse koponentene er vist i Figur 1.8.a) og b). Henning Johansen side 1

2 Figur 1.8. Spenningskoponenter i sveisesnittet. a) kilsveis, b) buttsveis. (1) I Figur 1.8. er: a sveisens rotål eller a-ål. For kilsveis angis a-ålet so høyden i den største trekant so kan innskrives i kilsveisens tverrsnitt. l sveisens lengde. Spenningskoponentene regnes jevnt ordelt over sveisesnittet A s a e l e Hvor a e eektivt a-(rot-)ål på sveisen. a e angis i standardene avhengig av størrelse på a-ålet og sveiseetode. l e eektiv lengde l a Med de nye betegnelsene or spenningskoponentene, kan vi skrive ligning (1.8.) so: 0, α d (1.8.3) (Etter Norsk Standard, NS 3471) Hvor: α utnyttelsesaktor. Koer inn i orbindelse ed kontroll. Ved vanlig diensjonering settes α 1,0. d diensjonerende spenning 0, /n F 0, aterialets lytegrense (0,% lytegrense) n F lytesikkerhet. Sikkerhetsaktor ( usikkerhetsaktor ) ot lyting so avgjøres i hvert enkelt tilelle, en eraringsverdi. Typiske verdier 1,0 -,5. aterialkoeisient. Verdier ra 0,95 1,44 (etter NS3471). Ved beregning av kilsveiser aller bort, og ligning (1.8.3) orenkles til 0, α d (1.8.4) Henning Johansen side

3 8. Spenningskoponenter Ved beregning av sveiste orbindelser, skal de enkelte spenningskoponentene beregnes or selve sveisesnittet og or grunnaterialet like ved siden av sveisen. Det er da orutsatt at det ikke uten videre er klart på orhånd o sveisen eller grunnaterialet vil å størst belastning. Ved buttsveiser og K-sveiser bør det vanligvis kontrolleres i et snitt i grunnaterialet. Ved kilsveiser vil selve sveisesnittet være avgjørende. Beregninger av de enkelte spenningskoponentene vil nå bli vist ved hjelp av eksepler. EKSEMPEL 1 Buttsveist plate belastet i 3 retninger ed P 1, P og P 3. Vi orutsetter at l l e Figur Buttsveist plate utsatt or kretene P 1, P, P 3 og P 4. (1) Spenningskoponentene i ligning (1.8.3) blir: P 1 / (t l) P / (b t) P 1 og P er noralkreter P 3 / (t l) P 4 / (t l) P 3 og P 4 er skjærkreter Hvor lastkoeisient Verdier 1,1 1,4 (etter NS3471). Her blir a-ålet platetykkelsen t Henning Johansen side 3

4 EKSEMPEL plater skjøtt ed kilsveiser og belastet i retninger ed P 1 og P. Vi orutsetter at l l e og a a e. Figur Plater skjøtt ed kilsveiser og utsatt or kretene P 1 og P. (1) Spenningskoponentene i ligning (1.8.4) blir: P a sin 45 P1 l a l 1 0 P1 P1 0 a cos45 l a l P P er skjærkret a l EKSEMPEL 3 T-skjøt ed kilsveiser og belastet i 1 retning ed P 1. Vi orutsetter at l l e og a a e. Spenningskoponentene i ligning (1.7.4) blir: P a l 1 Figur T-skjøt ed kilsveiser utsatt or kraten P 1. (1) Henning Johansen side 4

5 EKSEMPEL 4 Bjelke ed kilsveiser ello livplate og lens utsatt or bøyeoent. Vi orutsetter at a a e. Figur Bjelke ed kilsveiser ello livplate og lens utsatt or bøyeoent. (1) a) For kilsveiser ello livplate og sveis: o M Isveis h V S I a sveis Hvor: M bøyeoent I sveis treghetsoent til sveis ( 4 ) V skjærkrat S statisk oent av tverrsnittlaten over snitt s-s i orhold til nøytralaksen b) For Buttsveis i livplate: Punkt A, se Figur 1.8.5, er diensjonerende. M I sveis h o o V I sveis S t S har tilnæret sae verdi so ved beregning av kilsveis. Henning Johansen side 5

6 EKSEMPEL 5 I-proil sveist på plate ed kilsveis og utsatt or bøyeoent. Vi orutsetter at a a e. Figur 8.7 I-proil sveist på blate ed kilsveis og utsatt or bøyeoent. (1) Spenningskoponentene i ligning (1.8.4) blir: Punkt øverst i kilsveisen, i avstand h+a ra nøytralaksen, er diensjonerende. M I sveis ( h + a) Beregning av sveiser ed varepåvirket svekket grunnateriale De leste aluiniulegeringer leveres i tilstand hardbearbeidet eller varebehandlet (innherdet og utherdet). På denne åten har legeringene oppnådd en asthetsøkning. Denne asthetsøkningen kan gå tapt ved sveising i en sone okring sveisen, varepåvirket sone. Størrelsen på denne sonen hvor det har oppstått en asthetsreduksjon vil variere noe ed sveiseetode, grunnaterialets legering og tilstand, aterialtykkelse og antall sveiselarver. TIG-etoden benyttet på tre orskjellige grunnateriale / tilsettateriale kobinasjoner: grunnateriale AA19-T87 (AlCu6Mn) AA6061-T6 (AlMg1SiCu) AA5456-H116 (AlMg5Mn1) tilsettateriale AA319 AA4043(AlSi5) AA5356(AlMg5Cr) Henning Johansen side 6

7 Figur Fasthetsproil over varepåvirket sone i sveis. (6) Platetykkelse er 3,. Kurvene viser tilnæringsverdier rekoet ved å ta hardhetsålinger, HRE (Hardhet Rockwell E), og å regne disse verdiene o til aterialasthet ved bruk av den epiriske orelen utledet or aluiniu legeringer. UTS (Ultiate Tensile Strength) 10,66 19,4 ln(1-(hre/109)) I beregninger av sveiste konstruksjoner gjør vi en orenkling, vi antar en varepåvirket sone på 5 (1 ) ut ra enkeltsveisens idtlinje. Dette gjelder or MIG- og TIG-sveising. For andre sveiseetoder skal bredden astsettes ved orsøk eller dokuenteres på tilredsstillende åte. Figur Størrelsen på den varepåvirkede sone ved MIG- og TIG-sveising. (1) a) Buttsveis, b) Kilsveis I den varepåvirkede sonen er aterialatheten redusert: BV β B (1.8.5) hvor B strekkastheten (bruddatheten) or ikke varepåvirket ateriale β reduksjonsaktor β er angitt or noen legeringer i tabell Disse verdiene tilsvarer de angitte verdier i norsk standard (NS 347). For andre legeringer og tilstander gjelder at hvis β ikke kan dokuenteres ved orsøk eller annen tilredsstillende åte, skal astheten or 0,-tilstanden anvendes. Henning Johansen side 7

8 grunnateriale (ISO) tilstand (AA) erknad β Al 99,7 H14 0,75 Al-Mn1 H14 0,7 H18 0,5 Al-Mg1 H14 0,7 Al-Mg H14 0,8 Al-Mg,5 H18, H4 0,7 H6, H36 0,7 Al-Mg4,5Mn H3 0,8 Al-Si1Mg T6 0,7 Al-MgSi T6 0,7 Al-Zn4,5Mg1 T6 0,7 inst 30 døgn kaldutherdet 0,8 Al-Zn5Mg1Zr T6 varutherdet 0,9 Al-Zn5,5Mg1Zr T6 30 døgn kaldutherdet 0,75 Varutherdet 0,83 ISO International Standard Organisation AA Aluiniu Association Tabell Reduksjonsaktor β. Diensjonerende asthet i den varepåvirkede sonen blir: d 0,7 BV 0,7 β B (1.8.6) eller: 0,( ikke varepåvirket grunnateriale) d (1.8.7) Karakteristisk aterialasthet settes lik garantert 0,%-grense, en ikke høyere enn 80% av garantert strekkasthet B. Den inste verdien av (1.8.6) og (1.8.7) er avgjørende. Diesjonerende skjærspenning or den varepåvirkede sonen blir: d d (1.8.8) 3 Henning Johansen side 8

9 EKSEMPEL 6 En buttsveis i en 8 plate, ateriale Al-Mg levert i tilstand H14, er sveist ed TIGetoden. Platene er utsatt or kreter noralt på, P, og sveisens lengderetning, P A. Beregn astheten i lengde- og tverretningen. Vi antar at 1,. Figur Buttsveis i en 8 plate utsatt or kreter noralt på, og sveisens lengderetning. (1) Al-Mg har so asthetsverdier i tilstand H14: 0, 110 N/ B 180 N/ Fra Tabell blir β 0,8 For upåvirket grunnateriale blir: 0, 110 d 9N / 1, For vareåvirket grunnateriale blir: 0.7 0,8 180 d 84N / 1, Noralt på sveisens lengderetning blir sveisesnittet avgjørende: P N I sveisens lengderetning: P (400-5) 8 P N Bæreevnen i lengderetningen settes lik suen av bæreevnen i varepåvirket sone og bæreevnen or ikke-varepåvirket sone. Dette kan i uheldigste all edøre lyting i den bløteste sonen. Henning Johansen side 9