焊接結(jié)構(gòu)習(xí)題-已配圖

1、焊接結(jié)構(gòu)習(xí)題-已配圖 焊接結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書 實(shí)驗(yàn)一：焊接變形動(dòng)態(tài)過程測(cè)量 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?1. 掌握焊接變形產(chǎn)生的原理，觀察焊接變形的 動(dòng)態(tài)過程。 2. 了解施焊次序?qū)附幼冃蔚挠绊憽?3. 認(rèn)識(shí)一種測(cè)量焊接變形的方法。 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容： 對(duì)懸臂支承的長板條一側(cè)進(jìn)行堆焊，同時(shí)測(cè)量 并記錄長板條端點(diǎn)A的撓度變化過程如圖所 示。 實(shí)驗(yàn)儀器及設(shè)備: 1. 焊接電源、電纜、焊把、焊條、試板、試板 支架。 2. 焊接參數(shù)測(cè)量儀表：電流表、電壓表、秒表、 直尺、分流器。 3. 位移傳感器及支座、放大器、函數(shù)記錄儀、 標(biāo)定用的百分表。 四. 實(shí)驗(yàn)設(shè)備： 1. 位移傳感器是將位移量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的傳 感元件，位移傳感器和相

2、應(yīng)的放大器、記錄 儀組成位移的測(cè)量記錄系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)前需事先 確定實(shí)際位移量和記錄儀輸出量的對(duì)應(yīng)關(guān) 系，即進(jìn)行標(biāo)定。 2. 支好試板和傳感器，選擇焊接規(guī)范、調(diào)整記 錄儀和零點(diǎn)。 五. 實(shí)驗(yàn)方法（任選其一）： 方法I:用相同規(guī)范在板條上側(cè)進(jìn)行兩次堆 焊，分別記錄A點(diǎn)撓度-時(shí)間（ -t）曲線及 其它參數(shù)U、I、t、Li、L2、B、h。并計(jì)算線 能量 Q=UI/V。 方法H:第一次堆焊后（板條翻轉(zhuǎn)）在板條另 一側(cè)堆焊，其余方法同I。 六. 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求： 1. 簡述第一次堆焊時(shí) -t曲線成因。 2. 定性繪出第一次堆焊后長板條內(nèi)縱向殘余 應(yīng)力分布的簡圖。 3. 比較兩次堆焊厶-t曲線的異同，并討論第一

3、次堆焊后的殘余應(yīng)力對(duì)第二次堆焊時(shí)厶-t 曲線的影響。 4. 兩次堆焊后的殘余應(yīng)力分布形態(tài)有無本質(zhì) 不同。 5. 對(duì)于方法I,第二次堆焊所形成的最終撓度 變量在總的撓變量中占得比例是多少？對(duì) 于方法U,兩次堆焊后的總撓變量是否為 零？通過以上兩點(diǎn)，分別可以得出什么結(jié)論 （與采用不同實(shí)驗(yàn)方法的其他組實(shí)驗(yàn)結(jié)果 進(jìn)行對(duì)照比較）？ 實(shí)驗(yàn)二：焊接接頭工作應(yīng)力分布 一. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?1. 掌握了解焊接接頭橫截面上由于工藝缺 陷如未焊透等原因引起的工作應(yīng)力分布 不均勻性和應(yīng)力集中現(xiàn)象。 2. 了解焊縫截面幾何形狀的改變對(duì)于接頭 工作應(yīng)力分布的影響。 3. 復(fù)習(xí)電測(cè)應(yīng)力的原理和方法，以及有關(guān)儀 器的使用。 二.

4、 確定接頭截面上工作應(yīng)力分布的基本方 法簡介： 確定接頭截面上工作應(yīng)力分布的基本 方法可大致分為三類：彈性力學(xué)方法、數(shù)值分 析方法和試驗(yàn)應(yīng)力分析方法。彈性力學(xué)方法是 確定焊接接頭橫截面上應(yīng)力分布不均勻性的 精確方法，原則上可以求解任意截面形狀的應(yīng) 力分布問題，但是當(dāng)截面形狀較復(fù)雜時(shí)，偏微 分方程的求解變得十分困難，因此彈性力學(xué)方 法在實(shí)際應(yīng)上受到限制，只有在截面幾何形狀 比較復(fù)雜時(shí)才容易求得精確解。數(shù)值分析方法 是隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的，有有 限元與邊界元等方法。有限元的基本思想是將 連續(xù)的受力物體；離散為在有限個(gè)節(jié)點(diǎn)上相互 連結(jié)的有限個(gè)單元組成的結(jié)構(gòu)物，求出結(jié)構(gòu)物 的解作為受力物體

5、的近似解；邊界元的基本思 想是將偏微分方程轉(zhuǎn)化為邊界積分方程，建立 物體邊界量與內(nèi)部量的關(guān)系，對(duì)物體的邊界離 散化，求得受力物體的近似解。數(shù)值分析方法 已成為復(fù)雜應(yīng)力形狀的接頭應(yīng)力分析的有效 手段。試驗(yàn)應(yīng)力分析方法就是用試驗(yàn)的方法對(duì) 實(shí)際受力物體或模型進(jìn)行應(yīng)力或應(yīng)變、位移的 測(cè)定。應(yīng)當(dāng)指出的是，試驗(yàn)方法即要以理論方 法為指導(dǎo)，又為理論或計(jì)算結(jié)果提供驗(yàn)證。 三. 實(shí)驗(yàn)用試板： 本實(shí)驗(yàn)采用電測(cè)法對(duì)模擬焊接接頭截面 形狀的試板進(jìn)行接頭工作應(yīng)力分布的測(cè)定。電 測(cè)法在材料力學(xué)課程中已作過詳細(xì)的介紹， 其 基本原理是將敏感元件一一電阻應(yīng)變片粘貼 到受力構(gòu)件上或模型上需要測(cè)量的部位，這樣 當(dāng)構(gòu)件或模型受力變

6、形時(shí)，電阻應(yīng)變片和構(gòu)件 一起變形，應(yīng)變片敏感柵的長度和截面均發(fā)生 改變，從而應(yīng)變片的電阻值發(fā)生改變。用電阻 應(yīng)變儀測(cè)出應(yīng)變片電阻值的改變即可知道被 測(cè)部位的應(yīng)變值，然后利用胡克定律求出被測(cè) 部位的應(yīng)力值。 本實(shí)驗(yàn)用的試板可以看做是從實(shí)際接頭取 出的一薄切片，然后放大所得到的接頭模型。 如圖所示： 通常由于實(shí)際接頭Z向尺寸較大，接頭的 應(yīng)力狀態(tài)為平面應(yīng)變狀態(tài)，而切片模型的Z 向尺寸較小，模型處于平面應(yīng)力狀態(tài)，由彈性 力學(xué)平面問題的理論可知，這二類問題在數(shù)字 處理的形式上是完全一致的。 四. 實(shí)驗(yàn)步驟： 1. 將試板裝夾到島津材料機(jī)上。 2. 把各測(cè)點(diǎn)應(yīng)變片和補(bǔ)償片的連接導(dǎo)線接 到多點(diǎn)預(yù)調(diào)平衡箱上

7、，接通應(yīng)變儀電源。 3. 施加預(yù)載荷P,進(jìn)行各測(cè)點(diǎn)的預(yù)調(diào)平衡。 再施加末載荷P2,則工作載荷P=P2-P1, 通過刻度盤讀出各測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變數(shù)值并作 記錄。試驗(yàn)完備后，卸掉載荷。 五. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果的整理和分析： 1. 計(jì)算各測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力數(shù)值。 2. 繪出各截面上的應(yīng)力分布曲線，并計(jì)算應(yīng) 力集中系數(shù)Kt =；：maxtm。式中;:max是截面上的 峰值應(yīng)力；cm是截面上的平均應(yīng)力；討論 Kt與載荷P2的大小有無關(guān)系，為什么？ 3. 簡述接頭幾何形狀，焊接缺陷對(duì)接頭工作 應(yīng)力分布的影響。 六. 實(shí)驗(yàn)儀器及設(shè)備： 島津材料試驗(yàn)機(jī)；YJD-1型動(dòng)靜態(tài)電阻應(yīng)變 儀；YJD-1型多點(diǎn)測(cè)量預(yù)調(diào)平衡箱；專用拉 伸夾頭

8、一對(duì)；溫度補(bǔ)償板一塊；電阻應(yīng)變片 若干；直尺一把；接頭模型若干。 七. 思考題： 通過對(duì)本實(shí)驗(yàn)結(jié)果和有關(guān)資料的比較，分析 其異同的原因。 實(shí)驗(yàn)三.焊接金屬斷裂韌度的測(cè)定 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?1. 學(xué)習(xí)焊縫金屬斷裂韌度的測(cè)定方法； 2. 掌握斷裂韌度Kic、Jic和COD的計(jì) 算方法。 實(shí)驗(yàn)方法： 1. 材料：某種中高強(qiáng)度的焊縫金屬。 2. 試樣：從焊接試板上切取試樣并加 工，經(jīng)過腐蝕、劃線確定焊縫在試樣 上的位置，在焊縫中心預(yù)制線切割缺 口。通過施加疲勞載荷，在缺口根部 引發(fā)尖銳的疲勞裂紋。試樣幾何尺寸 如圖 3. 加載試驗(yàn)：通過三點(diǎn)彎曲加載，記 錄載荷 位移曲線（P-V曲線或者 P- 曲線），根據(jù)記

9、錄曲線，按規(guī)定的 公式分別計(jì)算斷裂韌度Kic、Jic和 COD的值Cc），計(jì)算時(shí)注意各物理量 單位的統(tǒng)一。 三. 實(shí)驗(yàn)步驟： 1. 測(cè)量試樣的厚度B,高度W。 然后調(diào)整支座跨距S=4W，使 加載線通過跨距中心，偏差土 0.1mm。 2. 標(biāo)定位移傳感器，得出實(shí)測(cè)位 移與記錄位移之間的比例常數(shù) K。調(diào)整試驗(yàn)機(jī)及其記錄儀的 工作狀態(tài)。 3. 進(jìn)行加載，加載速度為 1mm/min,同時(shí)記錄載荷-位移 曲線（P-V ）。停機(jī)后，將試樣 在液氯里壓斷。 4. 在小型工具顯微鏡下測(cè)量并 計(jì)算試樣的初始裂紋長度ao如 圖。 四. 斷裂韌度的計(jì)算： 1. 計(jì)算Kic :.按95%斜率的割線 法確定條件進(jìn)發(fā)載荷

10、Pq； .計(jì)算條件斷裂韌度Kq。 Kq =4囂二丫 aoW其中Y ao, W為三點(diǎn)彎曲 4 BW 試樣的幾何因子 .有效性判斷：若同時(shí)滿足一下兩 式，PmaxfPQ 1 ； B _2.5 Kq產(chǎn) y 2 ；貝 U KlC=KQ ； 否則該實(shí)驗(yàn)不是有效的 Kic試驗(yàn)， 注明試驗(yàn)無效的原因，Cy是材料的屈 服強(qiáng)度。 2. 計(jì)算Jic:.J積分由彈性部分Je 和塑性部分Jp組成：即 Jic=Je+Jp。 .彈性部分Je: Je A/ Ki = bWS2Y a。W 其中Pf為脆性失穩(wěn)點(diǎn)載荷，如果記錄 曲線在脆性失穩(wěn)之前出現(xiàn)突進(jìn)，則 取pf為突進(jìn)點(diǎn)載荷。E為材料的彈性 模量，為泊松比。 塑性部分Jp的計(jì)

11、算： Jp =2U, _B W-a。；其中Up為P- 曲線所 圍得面積（如圖）。如果記錄曲線為 （P-V ） 曲線，則 Up =UpW；|pp W-a。 ao Z ； 其中Up為P-V 曲線下所圍得面積（如圖）。Z為刀 口厚度，塑性鉸轉(zhuǎn)動(dòng)因子p=0.45 3. 計(jì)算COD值：c :COD由彈性 部分:e和塑性部分組成。；C = .- p 彈性部分.的計(jì)算： 2 昇C 其中心的表達(dá)式與前面 厶yE 相同。 .塑性部分。的計(jì)算：；。= p W-a。p W 其中P為塑像部分加載點(diǎn)位移的。 4. 關(guān)于幾何因子丫 ao W : 對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)三點(diǎn)彎曲試樣SW = 4 ,幾 何因子為(設(shè)a=a：W ): Y(a

12、 )=3a0.5 一1.99-a(1-a )(2.15-3.93a+2.7a2+2a 廠-a 戸 0.5 也可按陳？公式計(jì)算: Y a -1.88 0.75 a-0.52 i；sec a； 2 :tg a/2 / 五. 試驗(yàn)報(bào)告要求： 1. 將記錄的曲線按比例描在坐標(biāo)上， 標(biāo)出縱坐 標(biāo)和橫坐標(biāo)以及刻度。 2. 寫出斷裂韌度Kic、Jic和COD的各計(jì)算步 驟和計(jì)算結(jié)果。 3. 計(jì)算試樣強(qiáng)度比（應(yīng)力水平） RS, =6PfW/B（W -a。fTy I 按照公式：J1C = lc：y計(jì)算COD降低系數(shù)。 4. 將你的測(cè)定結(jié)果與其它各小組的測(cè)定結(jié)果 進(jìn)行比較，會(huì)得出什么結(jié)論？ 5. 通過本次試驗(yàn)驗(yàn)證

13、，你有什么體會(huì)和改進(jìn)意 見？ 曲組我圖 焊接結(jié)構(gòu)第二章習(xí)題 1有一簡單直桿，材質(zhì)為低碳鋼，長度為 5m, 有0C均勻加熱到1O0C，試求自由變形率是 多少？如果加熱到60C時(shí)，受到剛性壁阻礙， 試求外觀變形和內(nèi)部變形各是多少？ 2某16Mn鋼的 o=36Kg/mm2 , E = 2漢 104Kg/mm2 , =1.2 101；C，試求兩端剛性固定的直桿均勻加熱 到什么溫度時(shí)，其中的熱應(yīng)力，:s ? 3有一單位長度的低碳鋼直桿，兩端剛性固定 經(jīng)過0C 650C 0C的均勻加熱冷卻后，直 桿中的殘余應(yīng)力和殘余變形如何？若直桿一 端剛性固定，一端受剛性壁阻礙，其結(jié)果又如 何？ 4如圖，在長度L，斷面

14、面積A的直桿和彈簧 所組成的系統(tǒng)中，試求直桿的溫度由0C升高 到TC時(shí)，直桿中產(chǎn)生的熱應(yīng)力和直桿外觀長 度變化。圖中K為彈簧常數(shù)，兩端剛性壁支 撐。(提示：P=KL) 5低碳鋼長板條按下列方程加熱：T=T o(X/B)2, To=300 C，=1.2 10-5/ C， E =2 104Kg mm2， 軌=24Kg/mm2,坐標(biāo)原點(diǎn)如圖所示，試求長板 產(chǎn)生的應(yīng)力。 6. 焊接丁字梁如圖所示。試分析其橫截面上 的殘余應(yīng)力ex的分布曲線。（影線部分表示 塑性變性區(qū)） 7. 兩塊鋼板在剛性拘束條件下進(jìn)行對(duì)焊， 如圖 示。試?yán)L出焊后I -1截面的縱向應(yīng)力和U - 截面及皿-皿截面的橫向應(yīng)力的分布曲 線。

15、若沿皿-皿截面將板切開，則H - U截面 及川-川截面橫向應(yīng)力分布曲線。若沿川-皿 截面將板切開，則H - H截面上的橫向殘余 應(yīng)力將如何分布？ 8. 有一低碳箱型梁，其截面尺寸如圖所示，長 度5m,有四條角焊縫，每條角焊縫均用埋 弧焊一次焊成，焊腳高度=8mm，試估算四 條角焊縫焊后引起的縱向收縮變形。 9. 要焊制一直徑2000mm的簡節(jié)，板厚20mm， 簡節(jié)由一埋弧自動(dòng)焊縱焊焊成，焊縫寬度 40mm，縱縫對(duì)接時(shí)留有 2mm間隙，試問 為保證簡節(jié)直徑尺寸下料展開料的理論長 度應(yīng)是多少？ 10. 試分析圖示對(duì)接接頭焊后焊接殘余變形。 11. 一對(duì)接接頭板的幾何尺寸和縱向殘余應(yīng) 力分布如圖，試

16、問采用機(jī)械拉伸法完全消除 縱向殘余應(yīng)力需要多大的力？施加該力時(shí) 接頭板的縱向變形是多少？消除縱向殘余 應(yīng)力后的縱向殘余變形又是多少？ 12. 一單位長度短板，其板邊約束情況見圖， 即收縮時(shí)不受阻，現(xiàn)沿板中線同時(shí)加熱，板 截面的溫度場(chǎng)如圖所示。 a. 試畫出在此溫度場(chǎng)下的應(yīng)力變形圖，并標(biāo) 出變形區(qū)的名稱和性質(zhì)。 b. 若板邊的摩擦阻力不計(jì)，則在此溫度場(chǎng)下 是否有橫向變形和橫向應(yīng)力？為什么？ c. 試畫出冷卻后的應(yīng)力變形圖。 d. 另一短板，其他情況全同，但板端無約束。 則該板冷卻后的應(yīng)力與變形與前一短板冷 卻后的應(yīng)力與變形有何不同？為什么？ 焊接結(jié)構(gòu)第二章思考題 1. 教材22頁中撓度f=Pfe

17、L2/8EJ是怎樣導(dǎo)出來 的？ 2. 為什么薄板的變形沒有一定的規(guī)律？ 3. 鋼板進(jìn)行對(duì)接焊時(shí)，為什么預(yù)熱溫度增加到一 定數(shù)值后，縱向收縮變形反而降低？ 4. 產(chǎn)生角變形的根本原因是什么？角變形的大 小與哪些因素有關(guān)？ 5. 反作用內(nèi)應(yīng)力與一般所述的焊接內(nèi)應(yīng)力有何 聯(lián)系與區(qū)別？ 6. 試從相變應(yīng)力的角度，論述冷裂紋產(chǎn)生的機(jī) 理。 7. 采用高溫回火消除內(nèi)應(yīng)力的機(jī)理是什么？為 什么回火溫度要達(dá)到600C以上？ 8. 為什么在塑性破壞的情況下，殘余應(yīng)力對(duì)焊接 結(jié)構(gòu)的靜載強(qiáng)度基本上不發(fā)生影響？ 9. 說明環(huán)形封閉焊縫殘余應(yīng)力場(chǎng)的形成原因。 焊接結(jié)構(gòu)第三章思考題 1. 焊接接頭的主要特點(diǎn)是什么？ 2.

18、 設(shè)計(jì)或選擇焊接接頭的坡口時(shí)，所要考慮的主 要因素有哪些？ 3. 結(jié)合低組配接頭的概念說明塑性約束強(qiáng)化的 機(jī)理。 4. 接頭強(qiáng)度的簡化計(jì)算進(jìn)行了哪些假設(shè)或簡化， 為什么要進(jìn)行簡化，其依據(jù)是什么？ 5. 說明應(yīng)力集中的概念及其三個(gè)特點(diǎn)。 6. 怎樣區(qū)別結(jié)構(gòu)中的工作焊縫和聯(lián)系焊縫？ 焊接結(jié)構(gòu)第四章思考題 1. 脆性斷裂事故有哪些共同特點(diǎn)？ 2. 什么是宏觀斷口三要素？如何通過宏觀斷口 形貌判定斷裂性質(zhì)？ 3. 什么是韌窩斷口？什么是解理斷口？它們是 如何形成的？ 4. 試用聯(lián)合強(qiáng)度理論說明應(yīng)力狀態(tài)對(duì)金屬材料 的脆斷的影響。 5. 為什么缺口頂端在張開型載荷下會(huì)出現(xiàn)三軸 拉應(yīng)力？ 6. 影響金屬材料脆性斷裂的主要因素是什么？ 7. 溫度和應(yīng)變速率如何影響金屬材料的脆性斷 裂？ &什么是材料的延-脆轉(zhuǎn)變溫度？此溫度越高越 好嗎？ 9. 焊接過程引起的接頭局部脆性有哪兩類？其 原因是什么？ 10. 為什么材料或構(gòu)件中裂紋一旦開裂就極易