焊接结构习题-已配图

1、焊接结构习题-已配图 焊接结构实验指导书 实验一：焊接变形动态过程测量 实验目的： 1. 掌握焊接变形产生的原理，观察焊接变形的 动态过程。 2. 了解施焊次序对焊接变形的影响。 3. 认识一种测量焊接变形的方法。 实验内容： 对悬臂支承的长板条一侧进行堆焊，同时测量 并记录长板条端点A的挠度变化过程如图所 示。 实验仪器及设备: 1. 焊接电源、电缆、焊把、焊条、试板、试板 支架。 2. 焊接参数测量仪表：电流表、电压表、秒表、 直尺、分流器。 3. 位移传感器及支座、放大器、函数记录仪、 标定用的百分表。 四. 实验设备： 1. 位移传感器是将位移量转换成电信号的传 感元件，位移传感器和相

2、应的放大器、记录 仪组成位移的测量记录系统，实验前需事先 确定实际位移量和记录仪输出量的对应关 系，即进行标定。 2. 支好试板和传感器，选择焊接规范、调整记 录仪和零点。 五. 实验方法（任选其一）： 方法I:用相同规范在板条上侧进行两次堆 焊，分别记录A点挠度-时间（ -t）曲线及 其它参数U、I、t、Li、L2、B、h。并计算线 能量 Q=UI/V。 方法H:第一次堆焊后（板条翻转）在板条另 一侧堆焊，其余方法同I。 六. 实验报告要求： 1. 简述第一次堆焊时 -t曲线成因。 2. 定性绘出第一次堆焊后长板条内纵向残余 应力分布的简图。 3. 比较两次堆焊厶-t曲线的异同，并讨论第一

3、次堆焊后的残余应力对第二次堆焊时厶-t 曲线的影响。 4. 两次堆焊后的残余应力分布形态有无本质 不同。 5. 对于方法I,第二次堆焊所形成的最终挠度 变量在总的挠变量中占得比例是多少？对 于方法U,两次堆焊后的总挠变量是否为 零？通过以上两点，分别可以得出什么结论 （与采用不同实验方法的其他组实验结果 进行对照比较）？ 实验二：焊接接头工作应力分布 一. 实验目的： 1. 掌握了解焊接接头横截面上由于工艺缺 陷如未焊透等原因引起的工作应力分布 不均匀性和应力集中现象。 2. 了解焊缝截面几何形状的改变对于接头 工作应力分布的影响。 3. 复习电测应力的原理和方法，以及有关仪 器的使用。 二.

4、 确定接头截面上工作应力分布的基本方 法简介： 确定接头截面上工作应力分布的基本 方法可大致分为三类：弹性力学方法、数值分 析方法和试验应力分析方法。弹性力学方法是 确定焊接接头横截面上应力分布不均匀性的 精确方法，原则上可以求解任意截面形状的应 力分布问题，但是当截面形状较复杂时，偏微 分方程的求解变得十分困难，因此弹性力学方 法在实际应上受到限制，只有在截面几何形状 比较复杂时才容易求得精确解。数值分析方法 是随着电子计算机技术的发展而产生的，有有 限元与边界元等方法。有限元的基本思想是将 连续的受力物体；离散为在有限个节点上相互 连结的有限个单元组成的结构物，求出结构物 的解作为受力物体

5、的近似解；边界元的基本思 想是将偏微分方程转化为边界积分方程，建立 物体边界量与内部量的关系，对物体的边界离 散化，求得受力物体的近似解。数值分析方法 已成为复杂应力形状的接头应力分析的有效 手段。试验应力分析方法就是用试验的方法对 实际受力物体或模型进行应力或应变、位移的 测定。应当指出的是，试验方法即要以理论方 法为指导，又为理论或计算结果提供验证。 三. 实验用试板： 本实验采用电测法对模拟焊接接头截面 形状的试板进行接头工作应力分布的测定。电 测法在材料力学课程中已作过详细的介绍， 其 基本原理是将敏感元件一一电阻应变片粘贴 到受力构件上或模型上需要测量的部位，这样 当构件或模型受力变

6、形时，电阻应变片和构件 一起变形，应变片敏感栅的长度和截面均发生 改变，从而应变片的电阻值发生改变。用电阻 应变仪测出应变片电阻值的改变即可知道被 测部位的应变值，然后利用胡克定律求出被测 部位的应力值。 本实验用的试板可以看做是从实际接头取 出的一薄切片，然后放大所得到的接头模型。 如图所示： 通常由于实际接头Z向尺寸较大，接头的 应力状态为平面应变状态，而切片模型的Z 向尺寸较小，模型处于平面应力状态，由弹性 力学平面问题的理论可知，这二类问题在数字 处理的形式上是完全一致的。 四. 实验步骤： 1. 将试板装夹到岛津材料机上。 2. 把各测点应变片和补偿片的连接导线接 到多点预调平衡箱上

7、，接通应变仪电源。 3. 施加预载荷P,进行各测点的预调平衡。 再施加末载荷P2,则工作载荷P=P2-P1, 通过刻度盘读出各测点的应变数值并作 记录。试验完备后，卸掉载荷。 五. 实验结果的整理和分析： 1. 计算各测点的应力数值。 2. 绘出各截面上的应力分布曲线，并计算应 力集中系数Kt =；：maxtm。式中;:max是截面上的 峰值应力；cm是截面上的平均应力；讨论 Kt与载荷P2的大小有无关系，为什么？ 3. 简述接头几何形状，焊接缺陷对接头工作 应力分布的影响。 六. 实验仪器及设备： 岛津材料试验机；YJD-1型动静态电阻应变 仪；YJD-1型多点测量预调平衡箱；专用拉 伸夹头

8、一对；温度补偿板一块；电阻应变片 若干；直尺一把；接头模型若干。 七. 思考题： 通过对本实验结果和有关资料的比较，分析 其异同的原因。 实验三.焊接金属断裂韧度的测定 实验目的： 1. 学习焊缝金属断裂韧度的测定方法； 2. 掌握断裂韧度Kic、Jic和COD的计 算方法。 实验方法： 1. 材料：某种中高强度的焊缝金属。 2. 试样：从焊接试板上切取试样并加 工，经过腐蚀、划线确定焊缝在试样 上的位置，在焊缝中心预制线切割缺 口。通过施加疲劳载荷，在缺口根部 引发尖锐的疲劳裂纹。试样几何尺寸 如图 3. 加载试验：通过三点弯曲加载，记 录载荷 位移曲线（P-V曲线或者 P- 曲线），根据记

9、录曲线，按规定的 公式分别计算断裂韧度Kic、Jic和 COD的值Cc），计算时注意各物理量 单位的统一。 三. 实验步骤： 1. 测量试样的厚度B,高度W。 然后调整支座跨距S=4W，使 加载线通过跨距中心，偏差土 0.1mm。 2. 标定位移传感器，得出实测位 移与记录位移之间的比例常数 K。调整试验机及其记录仪的 工作状态。 3. 进行加载，加载速度为 1mm/min,同时记录载荷-位移 曲线（P-V ）。停机后，将试样 在液氯里压断。 4. 在小型工具显微镜下测量并 计算试样的初始裂纹长度ao如 图。 四. 断裂韧度的计算： 1. 计算Kic :.按95%斜率的割线 法确定条件进发载荷

10、Pq； .计算条件断裂韧度Kq。 Kq =4囂二丫 aoW其中Y ao, W为三点弯曲 4 BW 试样的几何因子 .有效性判断：若同时满足一下两 式，PmaxfPQ 1 ； B _2.5 Kq产 y 2 ；贝 U KlC=KQ ； 否则该实验不是有效的 Kic试验， 注明试验无效的原因，Cy是材料的屈 服强度。 2. 计算Jic:.J积分由弹性部分Je 和塑性部分Jp组成：即 Jic=Je+Jp。 .弹性部分Je: Je A/ Ki = bWS2Y a。W 其中Pf为脆性失稳点载荷，如果记录 曲线在脆性失稳之前出现突进，则 取pf为突进点载荷。E为材料的弹性 模量，为泊松比。 塑性部分Jp的计

11、算： Jp =2U, _B W-a。；其中Up为P- 曲线所 围得面积（如图）。如果记录曲线为 （P-V ） 曲线，则 Up =UpW；|pp W-a。 ao Z ； 其中Up为P-V 曲线下所围得面积（如图）。Z为刀 口厚度，塑性铰转动因子p=0.45 3. 计算COD值：c :COD由弹性 部分:e和塑性部分组成。；C = .- p 弹性部分.的计算： 2 昇C 其中心的表达式与前面 厶yE 相同。 .塑性部分。的计算：；。= p W-a。p W 其中P为塑像部分加载点位移的。 4. 关于几何因子丫 ao W : 对于标准三点弯曲试样SW = 4 ,几 何因子为(设a=a：W ): Y(a

12、 )=3a0.5 一1.99-a(1-a )(2.15-3.93a+2.7a2+2a 厂-a 戸 0.5 也可按陈？公式计算: Y a -1.88 0.75 a-0.52 i；sec a； 2 :tg a/2 / 五. 试验报告要求： 1. 将记录的曲线按比例描在坐标上， 标出纵坐 标和横坐标以及刻度。 2. 写出断裂韧度Kic、Jic和COD的各计算步 骤和计算结果。 3. 计算试样强度比（应力水平） RS, =6PfW/B（W -a。fTy I 按照公式：J1C = lc：y计算COD降低系数。 4. 将你的测定结果与其它各小组的测定结果 进行比较，会得出什么结论？ 5. 通过本次试验验证

13、，你有什么体会和改进意 见？ 曲组我图 焊接结构第二章习题 1有一简单直杆，材质为低碳钢，长度为 5m, 有0C均匀加热到1O0C，试求自由变形率是 多少？如果加热到60C时，受到刚性壁阻碍， 试求外观变形和内部变形各是多少？ 2某16Mn钢的 o=36Kg/mm2 , E = 2汉 104Kg/mm2 , =1.2 101；C，试求两端刚性固定的直杆均匀加热 到什么温度时，其中的热应力，:s ? 3有一单位长度的低碳钢直杆，两端刚性固定 经过0C 650C 0C的均匀加热冷却后，直 杆中的残余应力和残余变形如何？若直杆一 端刚性固定，一端受刚性壁阻碍，其结果又如 何？ 4如图，在长度L，断面

14、面积A的直杆和弹簧 所组成的系统中，试求直杆的温度由0C升高 到TC时，直杆中产生的热应力和直杆外观长 度变化。图中K为弹簧常数，两端刚性壁支 撑。(提示：P=KL) 5低碳钢长板条按下列方程加热：T=T o(X/B)2, To=300 C，=1.2 10-5/ C， E =2 104Kg mm2， 轨=24Kg/mm2,坐标原点如图所示，试求长板 产生的应力。 6. 焊接丁字梁如图所示。试分析其横截面上 的残余应力ex的分布曲线。（影线部分表示 塑性变性区） 7. 两块钢板在刚性拘束条件下进行对焊， 如图 示。试绘出焊后I -1截面的纵向应力和U - 截面及皿-皿截面的横向应力的分布曲 线。

15、若沿皿-皿截面将板切开，则H - U截面 及川-川截面横向应力分布曲线。若沿川-皿 截面将板切开，则H - H截面上的横向残余 应力将如何分布？ 8. 有一低碳箱型梁，其截面尺寸如图所示，长 度5m,有四条角焊缝，每条角焊缝均用埋 弧焊一次焊成，焊脚高度=8mm，试估算四 条角焊缝焊后引起的纵向收缩变形。 9. 要焊制一直径2000mm的简节，板厚20mm， 简节由一埋弧自动焊纵焊焊成，焊缝宽度 40mm，纵缝对接时留有 2mm间隙，试问 为保证简节直径尺寸下料展开料的理论长 度应是多少？ 10. 试分析图示对接接头焊后焊接残余变形。 11. 一对接接头板的几何尺寸和纵向残余应 力分布如图，试

16、问采用机械拉伸法完全消除 纵向残余应力需要多大的力？施加该力时 接头板的纵向变形是多少？消除纵向残余 应力后的纵向残余变形又是多少？ 12. 一单位长度短板，其板边约束情况见图， 即收缩时不受阻，现沿板中线同时加热，板 截面的温度场如图所示。 a. 试画出在此温度场下的应力变形图，并标 出变形区的名称和性质。 b. 若板边的摩擦阻力不计，则在此温度场下 是否有横向变形和横向应力？为什么？ c. 试画出冷却后的应力变形图。 d. 另一短板，其他情况全同，但板端无约束。 则该板冷却后的应力与变形与前一短板冷 却后的应力与变形有何不同？为什么？ 焊接结构第二章思考题 1. 教材22页中挠度f=Pfe

17、L2/8EJ是怎样导出来 的？ 2. 为什么薄板的变形没有一定的规律？ 3. 钢板进行对接焊时，为什么预热温度增加到一 定数值后，纵向收缩变形反而降低？ 4. 产生角变形的根本原因是什么？角变形的大 小与哪些因素有关？ 5. 反作用内应力与一般所述的焊接内应力有何 联系与区别？ 6. 试从相变应力的角度，论述冷裂纹产生的机 理。 7. 采用高温回火消除内应力的机理是什么？为 什么回火温度要达到600C以上？ 8. 为什么在塑性破坏的情况下，残余应力对焊接 结构的静载强度基本上不发生影响？ 9. 说明环形封闭焊缝残余应力场的形成原因。 焊接结构第三章思考题 1. 焊接接头的主要特点是什么？ 2.

18、 设计或选择焊接接头的坡口时，所要考虑的主 要因素有哪些？ 3. 结合低组配接头的概念说明塑性约束强化的 机理。 4. 接头强度的简化计算进行了哪些假设或简化， 为什么要进行简化，其依据是什么？ 5. 说明应力集中的概念及其三个特点。 6. 怎样区别结构中的工作焊缝和联系焊缝？ 焊接结构第四章思考题 1. 脆性断裂事故有哪些共同特点？ 2. 什么是宏观断口三要素？如何通过宏观断口 形貌判定断裂性质？ 3. 什么是韧窝断口？什么是解理断口？它们是 如何形成的？ 4. 试用联合强度理论说明应力状态对金属材料 的脆断的影响。 5. 为什么缺口顶端在张开型载荷下会出现三轴 拉应力？ 6. 影响金属材料脆性断裂的主要因素是什么？ 7. 温度和应变速率如何影响金属材料的脆性断 裂？ &什么是材料的延-脆转变温度？此温度越高越 好吗？ 9. 焊接过程引起的接头局部脆性有哪两类？其 原因是什么？ 10. 为什么材料或构件中裂纹一旦开裂就极易