Scherspannungen senkrecht zur Schweißnahtachse

Oft kommt die Frage auf, warum bei einem Anschluss, der nur durch ein Biegemoment oder nur durch eine Zugkraft belastet wird, in der Schweißnaht Scherspannungen senkrecht zur Schweißnahtachse entstehen.
Hierfür gibt es in der Regel einen der zwei nachfolgenden Gründe, erklärt und veranschaulicht jeweils an einem Stoß:


Reine Biegung (Keine Scherkraft)

Die Längsschubspannungen werden durch den Scherfluss zwischen der Stirnplatte und der Kante des Stegs verursacht.
Wenn wir die Stegschweißnähte deaktivieren, können wir feststellen, dass zwischen diesen Elementen eine geringe Biegeverformung besteht.
Die Stirnplatte verformt sich (Durchknicken), der Steg nicht.


Werden diese Bleche nun mit einer Kehlnaht verschweißt, entstehen durch den Verformungsverlauf die Längsschubspannungen.
Diese Spannungen werden bei Handberechnungen oft vernachlässigt, aber in einem genauen elastoplastischen Schalen-Analysemodell, das in IDEA StatiCa Connection ausgegeben wird, werden auch diese Effekte berücksichtigt.




Reiner Zug (Keine Scherkraft, kein Moment)

Die Längsschubspannungen werden durch den Scherfluss zwischen der Stirnplatte und der Kante der Bauteilplatte verursacht.
Wenn die Lasten erhöht werden (zur besseren Visualisierung), ist zu erkennen, dass es im Bereich der Bauteilplatte eine Biegeverformung gibt: Die Bauteilplatte verformt sich (Stauchung in der Mitte), die Stirnplatte nicht. Die Längsschubspannungen werden dann aufgrund der an den Plattenrändern entstehenden Dehnungen verursacht.


Durch Modellierung der Schweißnähte als Stumpfnaht (die Bauteilplatte ist dann voll durchgeschweißt), um die Blechverformung aufgrund der Belastung darzustellen, ist der Verformungsverlauf noch besser zu sehen


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