《焊接變形和應(yīng)力》PPT課件

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1、焊接結(jié)構(gòu)第二章焊接變形和應(yīng)力第2章焊接變形和應(yīng)力本章學(xué)習(xí)要點(diǎn)知識(shí)要點(diǎn)掌握程度相關(guān)內(nèi)容焊接變形和應(yīng)力產(chǎn)生機(jī)理熟悉塑性變形與自由變形、外觀變形和內(nèi)部變形的關(guān)系。掌握焊接內(nèi)應(yīng)力的種類和產(chǎn)生機(jī)理。掌握板條中心加熱的變形與應(yīng)力變化過程。了解焊接變形和應(yīng)力演變過程。掌握焊接熱應(yīng)變的規(guī)律自由變形、外觀變形、內(nèi)部變形，塑性變形；溫度應(yīng)力、殘余應(yīng)力、相變應(yīng)力；長板條中心加熱，長板條邊緣加熱；焊接過程的特殊性及其假定，焊接變形和應(yīng)力演變過程；焊接熱應(yīng)變循環(huán)焊接殘余變形掌握焊接殘余變形的類型、產(chǎn)生原因、影響因素縱向收縮變形、橫向收縮變形、角變形、彎曲變形、錯(cuò)邊變形和扭曲變

2、形焊接殘余應(yīng)力掌握焊接殘余應(yīng)力的類型及其在各種截面上的應(yīng)力分布狀態(tài)。掌握焊接殘余應(yīng)力對焊接結(jié)構(gòu)力學(xué)行為的影響規(guī)律縱向殘余應(yīng)力、橫向殘余應(yīng)力以及厚度方向殘余應(yīng)力沿焊縫長度、寬度和厚度方向上的基本分布規(guī)律焊接變形和應(yīng)力調(diào)控措施掌握焊接變形與焊接殘余應(yīng)力調(diào)控的基本措施以及兩者之間的關(guān)系控制焊接變形和應(yīng)力的焊前措施，在焊接過程中控制焊接變形和應(yīng)力的焊中措施，以及焊后調(diào)節(jié)焊接變形和應(yīng)力的焊后措施焊接變形和應(yīng)力測量方法熟悉焊接殘余應(yīng)力和焊接殘余變形的測量方法焊接殘余應(yīng)力測量方法的分類，小孔法和X射線衍射法測量焊接殘余應(yīng)力的原理及過程焊接變形與應(yīng)力數(shù)值模擬計(jì)算了解

3、焊接變形及應(yīng)力的數(shù)值計(jì)算方法以及基本過程和思路數(shù)值計(jì)算方法的基本方法、基本過程、基本思路1.材料的熱脹冷縮2.材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線3.系統(tǒng)平衡第一節(jié)焊接變形與應(yīng)力的產(chǎn)生機(jī)理幾個(gè)基本概念合力等于零，即ΣF=0；合力矩等于零，即ΣM=02.1.1自由變形、外觀變形和內(nèi)部變形(1)自由變形自由變形：當(dāng)金屬物體溫度發(fā)生變化，或發(fā)生了相變，其尺寸和形狀就要發(fā)生變化，如果這種變化沒有受到外界的阻礙而自由的進(jìn)行。自由變形量：自由變形率：(2)外觀變形外觀變形量：△Le外觀變形率：外觀變形：當(dāng)金屬物在溫度變化過程中受到阻礙，不能完全的自由變形，把能表現(xiàn)出來的這部分變形

4、，稱為外觀變形(3)內(nèi)部變形內(nèi)部變形：當(dāng)金屬物在溫度變化過程中受到阻礙，把未表現(xiàn)出來的那部分變形，稱為內(nèi)部變形。內(nèi)部變形量：內(nèi)部變形率：三種變形的分析結(jié)論：外觀變形在數(shù)值上等于自由變形與內(nèi)部變形的代數(shù)和。它的應(yīng)變表達(dá)式為：εe＝εT＋ε它的等價(jià)形式為：ε＝εe－εT這兩個(gè)公式一定要牢記！以上情況是內(nèi)部變形率的絕對值小于金屬屈服時(shí)的變形率，即或，，則桿件中的壓應(yīng)力。當(dāng)桿件溫度從T1恢復(fù)到T0時(shí)，桿件將恢復(fù)到原來長度L0，也不存在任何形式的應(yīng)力。若溫度繼續(xù)升高，桿件中由于阻礙而產(chǎn)生的內(nèi)部變形量大于金屬屈服時(shí)的變形量，即則在這種情況下該如何？綜上可知，壓縮

5、塑性變形會(huì)使得金屬材料在環(huán)境載荷消失后收縮變短，收縮變形量約等于壓縮而產(chǎn)生的壓縮塑性變形量。同理可知，拉伸塑性變形也將會(huì)使得金屬材料在環(huán)境載荷消失后延伸變長，伸長變形量約等于已產(chǎn)生的拉伸塑性變形量。提示：小試件均勻加熱過程的變形一旦受到拘束—等效于外力作用，就會(huì)產(chǎn)生內(nèi)部變形，同樣會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力。計(jì)算方法：在彈性范圍內(nèi)σ＝E·ε＝E（εe－εT）超出彈性范圍則有σ＝σs材料力學(xué)中，當(dāng)物體在外力作用下處于平衡狀態(tài)下，可以說該物體處于受力平衡狀態(tài)。內(nèi)應(yīng)力定義：沒有外力的條件下平衡于物體內(nèi)部的應(yīng)力。2.1.2焊接內(nèi)應(yīng)力的種類和產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力的分類1）按應(yīng)力的分布范圍

6、2）根據(jù)結(jié)構(gòu)中的空間位置宏觀應(yīng)力：在整個(gè)焊接范圍平衡的應(yīng)力微觀應(yīng)力：在晶粒范圍內(nèi)相互平衡的應(yīng)力超微觀應(yīng)力：在晶格范圍平衡的應(yīng)力單向應(yīng)力：應(yīng)力沿構(gòu)件的一個(gè)方向作用雙向應(yīng)力：應(yīng)力沿構(gòu)件的兩個(gè)方向作用三向應(yīng)力：應(yīng)力沿構(gòu)件的三個(gè)方向作用3）根據(jù)應(yīng)力與焊縫的相對位置縱向應(yīng)力：應(yīng)力作用方向與焊縫平行橫向應(yīng)力：應(yīng)力作用方向與焊縫垂直瞬時(shí)應(yīng)力：焊接過程出現(xiàn)的應(yīng)力殘余應(yīng)力：焊后留下的應(yīng)力溫度應(yīng)力：由于焊件不均勻加熱引起的應(yīng)力拘束應(yīng)力：由于焊件熱變形收到拘束引起的應(yīng)力組織應(yīng)力：由于接頭金屬組織轉(zhuǎn)變時(shí)提及變化受阻5）根據(jù)應(yīng)力形成原因4）根據(jù)應(yīng)力產(chǎn)生、作用的時(shí)間(1)溫度應(yīng)

7、力溫度應(yīng)力：由于構(gòu)件受熱不均勻引起的內(nèi)應(yīng)力。產(chǎn)生條件：受熱不均勻溫度均勻結(jié)果：應(yīng)力殘留或消失(如果溫度應(yīng)力不高，即低于材料的屈服極限，，亦即溫度應(yīng)力在彈性范圍內(nèi)時(shí)，在框架中不產(chǎn)生塑性變形，當(dāng)框架的溫度均勻化后，熱應(yīng)力隨之消失。)舉例：框架結(jié)構(gòu)的溫度應(yīng)力平衡特點(diǎn)(2)殘余應(yīng)力殘余應(yīng)力：溫度恢復(fù)到原始狀態(tài)均勻后殘存在物體內(nèi)部的應(yīng)力。產(chǎn)生原因：不均勻加熱產(chǎn)生條件：局部區(qū)域產(chǎn)生塑性變形或相變舉例：金屬框架因此：①任何原因引起的伸長變形受阻時(shí)，則該伸長部分受壓應(yīng)力，阻礙構(gòu)件伸長的其它部分則受拉應(yīng)力。②任何原因引起的收縮變形受阻時(shí)，則收縮部分受拉應(yīng)力，而阻礙收縮

8、的構(gòu)件的其它部分則受壓應(yīng)力。加熱－膨脹－受拘束－產(chǎn)生溫度應(yīng)力（壓應(yīng)力）＋壓縮屈服變形冷卻－收宿－受拘束－產(chǎn)生