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第1章 焊接接头静载力学行为1

1.1 焊接接头的基本概念1

1.1.1 焊接接头的组成1

1.1.2 焊接接头的特点2

1.1.3 焊缝及焊接接头的基本形式3

1.1.4 焊缝及接头形式的表示方法6

1.2 焊接接头的不均匀性及其力学行为8

1.2.1 焊接接头宏观力学性能的一般特征9

1.2.2 焊缝金属的力学性能9

1.2.3 热影响区金属的力学性能10

1.2.4 焊接接头的力学性能11

1.3 焊接接头的工作应力分布和工作性能14

1.3.1 焊缝性质和应力集中概念14

1.3.2 熔化焊接头的工作应力分布15

1.3.3 电阻焊接头的工作应力分布20

1.3.4 应力集中对工作性能的影响22

1.4 焊接接头静载强度计算22

1.4.1 静载强度计算的方法和假设条件22

1.4.2 熔化焊接头的静载强度计算24

1.4.3 电阻焊接头的静载强度计算32

习题与思考题33

第2章 焊接变形和应力37

2.1 焊接变形与应力的产生机理37

2.1.1 自由变形、外观变形和内部变形38

2.1.2 焊接内应力的种类和产生39

2.1.3 不均匀温度场作用下的变形和应力40

2.1.4 焊接引起的变形和应力43

2.1.5 焊接热应变循环46

2.2 焊接残余变形47

2.2.1 纵向收缩变形47

2.2.2 横向收缩变形49

2.2.3 弯曲变形52

2.2.4 角变形55

2.2.5 波浪变形56

2.2.6 错边变形57

2.2.7 扭曲变形58

2.3 焊接残余应力59

2.3.1 焊接残余应力的分布59

2.3.2 焊接残余应力对焊接结构性能的影响66

2.4 焊接变形与残余应力的调控措施71

2.4.1 焊前预防措施71

2.4.2 焊中控制措施73

2.4.3 焊后调节措施77

2.5 焊接残余应力的测量方法80

2.5.1 测量方法的分类80

2.5.2 常用测量方法81

2.6 焊接变形与应力数值模拟计算82

2.6.1 数值模拟计算的作用和意义82

2.6.2 数值模拟案例分析83

习题与思考题86

第3章 焊接结构断裂性能88

3.1 脆性断裂的特征88

3.2 金属材料的断裂及其影响因素89

3.2.1 金属材料断裂的机制和形态89

3.2.2 影响金属脆断的主要因素91

3.3 焊接结构的脆性断裂93

3.3.1 焊接结构的特点对脆断的影响93

3.3.2 焊接制造工艺对脆断的影响94

3.4 焊接结构抗开裂性能与止裂性能97

3.4.1 焊接结构设计准则97

3.4.2 焊接接头抗开裂性能试验98

3.4.3 焊接接头止裂性能试验103

3.5 预防焊接结构脆性断裂的措施106

3.5.1 正确选用材料106

3.5.2 合理设计焊接结构109

3.6 用断裂力学方法评定结构安全性111

3.6.1 “合于使用”的原则111

3.6.2 面型缺陷的评定113

3.6.3 体积型缺陷的评定116

习题与思考题118

第4章 焊接结构疲劳性能119

4.1 焊接结构疲劳问题的研究背景119

4.1.1 焊接结构疲劳失效的原因119

4.1.2 焊接结构疲劳断裂事例120

4.2 金属材料疲劳表征和疲劳类型122

4.2.1 疲劳载荷及其表示方法122

4.2.2 基础疲劳试验及疲劳曲线122

4.2.3 疲劳强度的常用表示法123

4.2.4 疲劳强度的影响因素124

4.2.5 金属材料的疲劳分类126

4.2.6 应变疲劳简介127

4.3 金属材料疲劳断裂过程和断口特征128

4.3.1 金属材料疲劳断裂的过程128

4.3.2 疲劳断口的特征129

4.4 断裂力学在疲劳裂纹扩展研究中的应用131

4.4.1 裂纹和亚临界扩展131

4.4.2 疲劳裂纹扩展速率da/dN-△K曲线133

4.4.3 疲劳裂纹扩展寿命的估算133

4.5 影响焊接接头疲劳强度的因素134

4.5.1 应力集中的影响134

4.5.2 近缝区金属性能变化的影响135

4.5.3 焊接残余应力的影响135

4.5.4 焊接缺陷的影响136

4.5.5 外载应力循环比的影响136

4.5.6 构件尺寸的影响138

4.5.7 服役温度的影响138

4.6 提高焊接结构疲劳强度的措施139

4.6.1 提高焊接接头疲劳强度的途径分析139

4.6.2 提高疲劳强度的工艺措施140

4.6.3 提高疲劳强度几种工艺方法的定量分析与比较146

4.7 焊接接头疲劳设计与评价方法147

4.7.1 焊接结构疲劳强度设计概述147

4.7.2 焊接接头疲劳数据的统计方法147

4.7.3 焊接结构疲劳强度设计与评价方法148

习题与思考题159

第5章 焊接结构应力腐蚀破坏160

5.1 应力腐蚀及其发生条件160

5.1.1 应力腐蚀破坏160

5.1.2 应力腐蚀发生的条件160

5.1.3 焊接结构的应力腐蚀161

5.2 应力腐蚀开裂机制及其断口特征162

5.2.1 应力腐蚀开裂的过程162

5.2.2 应力腐蚀开裂的机制162

5.2.3 应力腐蚀开裂的断口特征164

5.3 断裂力学在应力腐蚀中的应用164

5.3.1 断裂力学在应力腐蚀中的适用性164

5.3.2 断裂力学在应力腐蚀中的评定指标165

5.3.3 KISCC和da/dt在结构设计中的应用170

5.4 焊接结构应力腐蚀的预防措施170

5.4.1 正确选择材料171

5.4.2 合理设计结构171

5.4.3 调控焊接残余应力172

5.4.4 构件表面防护措施172

5.5 焊接结构应力腐蚀的安全评定172

5.5.1 采用K准则的缺陷评定方法172

5.5.2 应力腐蚀裂纹扩展速率评定方法173

习题与思考题173

第6章 焊接结构高温力学性能174

6.1 材料高温力学性能174

6.1.1 力学性能的变化174

6.1.2 蠕变及蠕变机理175

6.1.3 蠕变性能指标177

6.1.4 蠕变寿命预测方法178

6.2 蠕变损伤和蠕变裂纹扩展178

6.2.1 蠕变损伤178

6.2.2 蠕变断裂179

6.3 焊接接头的蠕变性能180

6.3.1 焊接接头蠕变特性180

6.3.2 焊接接头蠕变断裂类型181

6.3.3 显微组织对高温蠕变的影响182

6.3.4 焊接残余应力对高温失效的影响183

6.4 焊接接头高温性能的研究与试验方法183

6.4.1 焊接接头高温性能的研究方法183

6.4.2 焊接接头高温性能的试验方法184

6.4.3 焊接结构高温完整性评定方法186

习题与思考题188

第7章 焊接结构力学特征及结构设计189

7.1 焊接结构的特点及分类189

7.1.1 焊接结构的特点189

7.1.2 焊接结构的分类190

7.1.3 焊接结构涉及的力学性能191

7.2 焊接结构力学特征191

7.2.1 桁架结构及其力学特征191

7.2.2 板壳结构及其力学特征195

7.2.3 实体结构及其力学特征196

7.3 焊接结构设计197

7.3.1 焊接结构的设计方法197

7.3.2 焊接结构设计的合理性分析199

7.3.3 焊接结构设计中应注意的问题205

7.4 焊接结构实例分析205

7.4.1 压力容器205

7.4.2 桥式起重机主梁210

7.4.3 焊接机床机身213

7.4.4 焊接旋转体216

7.4.5 薄板结构218

习题与思考题222

第8章 焊接结构可靠性分析223

8.1 结构可靠性分析的概念223

8.1.1 结构设计中的不确定性223

8.1.2 结构使用中的风险性224

8.1.3 工程结构的可靠性225

8.1.4 可靠性、安全性与完整性的关系226

8.2 焊接结构的焊接性分析227

8.2.1 构件焊接性227

8.2.2 影响构件焊接性的因素227

8.2.3 热-力-组织的交互关系228

8.3 焊接结构的完整性评定230

8.3.1 焊接结构完整性概念230

8.3.2 含缺陷焊接结构评定原理和程序231

8.3.3 焊接结构“合于使用”评定方法233

8.4 焊接结构失效分析234

8.4.1 失效分析的思路234

8.4.2 失效分析的步骤和内容235

8.4.3 焊接结构失效原因分析237

8.4.4 焊接结构失效案例分析238

习题与思考题242

参考文献243