3.3.12-13断裂力学精品.pptVIP

IIW Authorized Training Body 国际焊接学会授权的培训机构 哈尔滨焊接技术培训中心 Harbin Welding Training Institute 国际焊接工程师培训课程 Training Course for International Welding Engineer IIW Authorised Training Body 3/3.12-13断裂力学ⅢⅣIntroduction to fracture mechanics 焊接接头和焊接结构的疲劳强度 低温冲击载荷容易引起结构，特别是焊接结构的低应力脆性破坏，给人类生产生活带来巨大的灾害。 疲劳破坏则是结构最普遍的破坏形式，约占结构破坏失效总量的80～90％。 1.1相同点 ⑴ 都属于低应力破坏 破坏时的工作应力＜或＜＜材料的强度 ⑵ 破坏之前，结构都没有明显的征兆或外观变形，突发性强，令人促不及防。 ⑶ 都对应力集中很敏感 起裂位置多半都存在原始缺陷，或起裂于应力集中点。 1 脆性破坏与疲劳破坏 的相同点与不同点 1.2不同点 ⑴载荷性质不同 ⑵对温度敏感性 ⑶受载次数多少 ⑷断裂经历时间 ⑸断裂经历过程 ⑹断裂机理机制 ⑺宏观断口形貌 ⑻微观断口形貌 疲劳裂纹的扩展过程 2.1 疲劳应力循环应力的五个基本参数 2疲劳强度的基本概念 2.2应力循环的基本类型 2.3疲劳强度和疲劳极限 2.4疲劳强度在焊接结构中的常用表示方法 3.1影响载荷、环境效应的因素（外因） ⑴ 疲劳载荷的性质和大小 在计算疲劳应力时，除了计算常规疲劳载荷的作用之外，还须考虑随机载荷、结构之间的拘束应力、温差应力、焊接残余应力、应力集中、环境介质的腐蚀作用…等因素对疲劳强度的影响。 ⑵ 环境因素 腐蚀介质会加速疲劳裂纹的萌生和扩展速率，降低疲劳寿命。 3影响焊接接头疲劳强度的因素 3.2影响结构抗力的因素（内因） ⑴ 结构构造刚柔相济的程度 结构的整体刚度、强度是结构承载的根基；提高结构相互连接接头的平滑、圆滑、柔韧程度，是降低应力集中敏感程度的重要手段。疲劳和低应力脆断都对应力集中很敏感，这一点，二者的情况是一样的。 ⑵ 结构上，特别是接头上的各种应力集中现象 1)结构表面形状的突然变化； 2)各种缺陷及孔洞等； 3)焊接变形：错边、角变形等； 4)金属表面的粗糙度等。 ⑶ 材质的纯度与材料的塑性和韧度 塑性和韧度对延缓裂纹的萌生和扩展，对延长疲劳寿命和提高疲劳强度有明显作用。 ⑷ 结构残余拉应力 残余拉应力能提高疲劳循环的平均应力，加大应力集中的影响，加速疲劳破坏。残余压应力可以阻止，或减缓疲劳裂纹的萌生和扩展。 结构中的应力集中是降低焊接结构疲劳强度的最主要因素。预防、减小应力集中的工作，应该贯穿于产品设计、制造和使用的整个过程当中。 4提高焊接结构疲劳强度的措施 4.1设计措施 设计常分为整体设计和细部设计两个阶段： ⑴ 整体设计主要是功能设计和结构设计，在选择整体结构形式时，既要满足产品的总体功能要求和整体强度、刚度要求，又要注意从宏观角度分散集中载荷，减小应力集中。做到刚柔相济，才有利于提高疲劳强度，也有利于防止低应力脆性破坏。 ⑵ 细部设计的重要任务在于通过细部的具体尺寸形状，做到粗细、厚薄、宽窄不同截面之间的圆滑过渡，从每个具体位置着眼，注意减小应力集中。 ⑶ 在产品或结构两部分互相连接的区域，应当尽量采用平缓圆滑或刚柔相济的结构和接头形式，尽量避免陡然过渡。 低碳钢搭接接头疲劳强度对比 4.2工艺措施 易产生裂纹的缺口部位，可预制残余压应力，能改善，甚至消除焊接残余应力的不利影响； 措施：①首先按严格的工艺要求，焊好结构的纵向主焊缝，并采用尖锤或风镐及时捶击焊缝，将残余拉应力变为压应力；②随后焊接筋板焊缝时，先在焊缝交叉点外引弧，焊到顶点后，回程重熔焊道，消除引弧点的焊接缺陷，并及时捶击焊缝，消除焊接应力。 4.3使用中的维护措施 妥善维护结构，覆盖涂层，喷洒涂料，防止腐蚀介质环境的不利影响。 小结 脆性断裂特点及影响因素 断裂力学及在焊接中的应用 疲劳和脆性断裂比较 疲劳强度及影响因素 IIW Authorized Training Body 国际焊接学会授权的培训机构 哈尔滨焊接技术培训中心 Harbin Welding Training Institute 国际焊接工程师培训课程 Training Course for International Welding Engineer IIW Authorised Training Body