《焊接應(yīng)力計算講義》課件

焊接應(yīng)力計算講義本講義將探討焊接過程中產(chǎn)生的應(yīng)力和應(yīng)力分布，并介紹如何進行應(yīng)力計算和分析。目錄第一章焊接應(yīng)力基礎(chǔ)知識焊接應(yīng)力定義和分類第二章焊接殘余應(yīng)力計算焊接殘余應(yīng)力計算理論第三章焊接變形計算焊接變形種類第四章焊接應(yīng)力與變形的控制焊接預(yù)應(yīng)力方法第五章典型案例分析焊接雙T形鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析第一章焊接應(yīng)力基礎(chǔ)知識焊接過程會產(chǎn)生應(yīng)力，這是一種內(nèi)部力，可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形或失效。了解焊接應(yīng)力基礎(chǔ)知識對于理解其影響和控制方法至關(guān)重要。1.1焊接應(yīng)力的定義和分類定義焊接應(yīng)力是指焊接過程中由于金屬材料的熱膨脹和收縮而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。分類焊接應(yīng)力可分為殘余應(yīng)力和工作應(yīng)力。殘余應(yīng)力是焊接完成后仍然存在的應(yīng)力，工作應(yīng)力是在焊接件承受外力時產(chǎn)生的應(yīng)力。1.2焊接應(yīng)力產(chǎn)生的原因1熱應(yīng)力焊接過程中，金屬材料在高溫下發(fā)生熱膨脹，冷卻時發(fā)生收縮，由于不同部位溫度變化不均，產(chǎn)生熱應(yīng)力。2相變應(yīng)力焊接時，金屬材料發(fā)生相變，導(dǎo)致體積變化，產(chǎn)生相變應(yīng)力。3塑性應(yīng)力焊接時，金屬材料發(fā)生塑性變形，產(chǎn)生塑性應(yīng)力，并與熱應(yīng)力疊加。1.3焊接應(yīng)力的危害焊接應(yīng)力會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂紋，降低結(jié)構(gòu)的強度和可靠性。焊接應(yīng)力會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生變形，影響結(jié)構(gòu)的尺寸和精度。焊接應(yīng)力會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)在使用過程中發(fā)生斷裂，造成安全事故。第二章焊接殘余應(yīng)力計算計算的重要性焊接殘余應(yīng)力會影響結(jié)構(gòu)的強度、剛度和穩(wěn)定性，因此需要進行準確的計算。計算方法常用的計算方法包括有限元法、彈塑性分析法和經(jīng)驗公式法。2.1焊接殘余應(yīng)力計算理論1熱彈塑性分析考慮材料熱物理特性和力學(xué)性能變化2有限元法將焊件離散成有限單元，求解方程3彈性分析假設(shè)材料為線彈性，簡化計算2.2焊縫型焊接殘余應(yīng)力計算確定焊縫幾何參數(shù)包括焊縫長度、寬度、厚度等參數(shù)，這些參數(shù)將影響應(yīng)力分布。選擇合適的應(yīng)力計算模型根據(jù)焊縫形狀、材料特性和焊接工藝選擇合適的計算模型。輸入材料特性和工藝參數(shù)包括材料的彈性模量、泊松比、屈服強度和焊接熱輸入等。進行應(yīng)力計算利用選定的模型和輸入?yún)?shù)，計算焊縫型焊接殘余應(yīng)力分布。分析計算結(jié)果評估計算結(jié)果是否合理，并根據(jù)實際情況進行調(diào)整或修正。2.3對接焊縫焊接殘余應(yīng)力計算1公式法根據(jù)焊接熱影響區(qū)材料的力學(xué)性能和幾何參數(shù)計算2有限元法利用有限元軟件模擬焊接過程，計算應(yīng)力分布3實驗法通過應(yīng)力測試儀等設(shè)備測量焊接殘余應(yīng)力對接焊縫焊接殘余應(yīng)力計算方法主要有三種：公式法、有限元法和實驗法。公式法適用于簡單的對接焊縫，計算精度相對較低。有限元法可以模擬復(fù)雜的焊接過程，計算精度較高，但需要專業(yè)軟件和技術(shù)。實驗法可以獲得實際焊接殘余應(yīng)力數(shù)據(jù)，但測試成本較高。第三章焊接變形計算焊接變形定義焊接變形是指焊接過程中，由于熱量輸入和金屬材料的物理性質(zhì)變化，導(dǎo)致焊件發(fā)生形狀和尺寸改變的現(xiàn)象。焊接變形危害焊接變形可能導(dǎo)致焊件尺寸偏差，影響結(jié)構(gòu)強度和美觀，甚至造成產(chǎn)品報廢。焊接變形的種類角變形焊縫兩側(cè)的金屬因受熱膨脹，冷卻時收縮不均勻，導(dǎo)致焊件產(chǎn)生角變形，常見于對接焊縫。彎曲變形焊接過程中，由于熱量集中在焊縫處，導(dǎo)致焊件產(chǎn)生不均勻的膨脹和收縮，從而導(dǎo)致彎曲變形，常見于板材焊接?？v向變形焊縫方向的長度變化，導(dǎo)致焊件產(chǎn)生縱向變形，常見于對接焊縫。3.2焊接變形計算理論1熱力學(xué)原理焊接過程中的熱量輸入導(dǎo)致工件溫度升高，材料發(fā)生熱膨脹。2材料力學(xué)材料的熱膨脹系數(shù)、彈性模量和屈服強度等力學(xué)性質(zhì)影響著焊接變形。3幾何形狀工件的形狀、尺寸和焊縫位置等幾何因素對焊接變形產(chǎn)生顯著影響。3.3焊縫型焊接變形計算1計算方法基于材料力學(xué)和有限元分析的理論模型，通過對焊縫和周邊材料的熱力學(xué)分析，計算焊接變形。2參數(shù)焊接材料、焊接工藝、焊縫尺寸、結(jié)構(gòu)尺寸等因素會影響焊接變形。3結(jié)果計算結(jié)果可用于預(yù)測焊接后的實際變形，為優(yōu)化焊接工藝和控制變形提供指導(dǎo)。3.4對接焊縫焊接變形計算1計算方法基于彈性力學(xué)理論和有限元分析方法2影響因素焊縫尺寸、材料性能、焊接工藝參數(shù)3計算結(jié)果焊縫變形量、變形方向、應(yīng)力分布第四章焊接應(yīng)力與變形的控制焊接應(yīng)力與變形是焊接過程中不可避免的現(xiàn)象，會影響結(jié)構(gòu)的強度、穩(wěn)定性和使用壽命。本章將介紹焊接應(yīng)力與變形的控制方法，以提高焊接質(zhì)量，保證結(jié)構(gòu)的安全可靠性。焊接預(yù)應(yīng)力方法預(yù)應(yīng)力概述焊接預(yù)應(yīng)力方法通過在焊接前對構(gòu)件施加預(yù)應(yīng)力，來減小焊接過程中產(chǎn)生的應(yīng)力。預(yù)應(yīng)力類型冷拉預(yù)應(yīng)力預(yù)彎預(yù)應(yīng)力熱應(yīng)力預(yù)應(yīng)力預(yù)應(yīng)力效果減小焊接應(yīng)力，降低焊接變形，提高焊接結(jié)構(gòu)的強度和穩(wěn)定性。焊接工藝措施自動化焊接提高焊接精度和效率，減少焊接應(yīng)力。嚴格控制焊接參數(shù)焊接電流、電壓、速度等參數(shù)的精確控制是降低焊接應(yīng)力的關(guān)鍵。采用合理的焊接方法選擇合適的焊接方法，例如對接焊、角焊等，以控制應(yīng)力分布。焊接后處理方法熱處理消除焊接應(yīng)力，改善焊接接頭的性能。機械加工去除焊接缺陷，提高焊接接頭的尺寸精度。表面處理防止腐蝕，提高焊接接頭的美觀性。第五章典型案例分析焊接應(yīng)力與變形計算在實際工程中具有重要意義，本章將以典型案例分析為例，展示焊接應(yīng)力與變形計算方法的應(yīng)用。5.1焊接雙T形鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析焊接雙T形鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分析是復(fù)雜且重要的。它需要考慮多種因素，例如材料特性、焊接參數(shù)、結(jié)構(gòu)形狀和邊界條件等。分析方法包括有限元分析、數(shù)值模擬等，并需要結(jié)合實際工程經(jīng)驗進行綜合判斷。焊接H型鋼結(jié)構(gòu)變形分析焊接H型鋼結(jié)構(gòu)變形是常見的工程問題，受多種因素影響，包括材料特性、焊接工藝和結(jié)構(gòu)設(shè)計等。分析焊接H型鋼結(jié)構(gòu)變形，需要考慮以下關(guān)鍵因素：H型鋼尺寸和截面形狀焊接材料和焊接工藝參數(shù)結(jié)構(gòu)的支撐和約束條件環(huán)境溫度和載荷情況5.3焊接管道應(yīng)力計算與控制焊接管道應(yīng)力計算需要考慮管道材料、尺寸、壓力、溫度等因素。計算方法包括有限元分析、解析法等。焊接管道應(yīng)力控制主要通過焊接工藝參數(shù)、預(yù)熱、保溫等措施。結(jié)語知識掌握掌握焊接應(yīng)力計算的基本理論，能夠運用相關(guān)的計算方法，對焊接結(jié)構(gòu)進行應(yīng)力和變形分析。問題解決具備解決實際焊接工程中應(yīng)力與變形問