焊接接头强度校核.ppt

14.1焊接接头的特点及形式 14.1.1焊接接头的概念及形成 14.2焊接接头的工作应力分布 14.2.1焊接接接头的工作应力分布： 1.应力集中的主要原因： 焊缝中的工艺缺陷，如气孔、夹杂、裂纹和未焊透等，其中未焊透最严重，不合理的焊缝外形，如对接接头的焊缝加厚过大，接头几何尺寸不连续如盖板接头、余高，不合理的焊缝布置。 1.对接接头的工作应力分布 可以看出，最大应力出现在两端，中间最小。焊缝较短时应力分布较为均匀，焊缝较长时 ，应力分布的不均匀程度更大。 2.搭接接头中的工作应力分布 正面角焊缝 正面角焊缝正面角焊缝的应力集中主要是在角焊缝根部 A 和焊趾 B 处。其大小与许多因素有关。焊趾部位的应力集中系数随角焊缝的斜边与直角边间的夹角而变化，减小夹角 θ和增大熔深焊透根部，可以降低应力集中系数. 3. T 形接头（十字接头）的工作应力分布 由于在整个厚度方向没有焊透，如14 一 13a这对于焊缝的根部来说，相当于存在一个原始裂纹。所以焊缝根部的应力集中十分严重。焊趾截面 B 一 B 上的应力集中系数随角焊缝的形状不同而变化。 开坡口并焊透的 T 形（十字）接头，其应力集中大大降低如图 14 一 13b 。原因是焊缝工作截面的变化趋于均匀，另外由于在整个厚度上焊透，消除了焊缝根部的原始裂纹。 金属材料断裂的能量理论法 格里菲斯取一块厚度为单位 l 的“无限”大平板为研究模型，先使平板在无穷远处受到单向均匀拉伸应力作用，如图 ，然后将其两端固定，以杜绝外部能源。设想在这块平板上中心区域出现一个垂直于拉应力，方向长度为 2a 穿透板厚的裂纹。切开裂纹后，平板内贮存的弹性应变能将有一部分被释放出来，其释放量设为 U 。又由于裂纹出现后有新的表面形成，要吸收能量，设其值为 W ，则其能量的总改变量 E 。 式的左边被称为能量的释放率(G)，。它表示裂纹扩展单位面积系统所释放的弹性能，即单位裂纹表面积的弹性能。右边表示表面能的增加，它被称为裂纹扩展阻力（ R ）。由此可知，裂纹要发生失稳扩展，G必须至少等于 R 。如果 R 为常数，则意味着‘必须超过某一临界值（GC）。因此，当 发生断裂。当G≥GC被称为裂纹失稳扩展的能量准则，简称‘准则或‘判据。 应当指出，格里菲斯是根据玻璃、陶瓷等脆性材料推导能最公式的。在金属材料中，当裂纹扩展时，裂纹前端局部区域要发生一定的塑性变形，裂纹尖端也因期性变形而钝化，此时格里菲斯理论失效。 X 射线分析证实了金属断裂表面有塑性变形的薄层。根据试骏结果，塑性变形能 比 大得多，因此 可忽略不计，此时修正后的金属材料中裂纹扩展的临界条件可写成 b) 紧凑拉伸试样 焊接结构的失效分析-焊接缺欠的评定方法 焊接结构的失效分析-焊接缺欠的评定方法 （2）临界应力强度因子KIC 的间接确定 根据文献《钢的动态力学性能及应用》P122-127中的介绍，我们可以用夏比V型缺口冲击吸收功AKV的值预测材料的临界应力强度因子KIC。由于夏比V型缺口试样具有简单、便宜等优点，促使人们寻求AKV和KIC间的关系，并通过夏比试验结果与温度的关系来预测KIC～T关系。研究材料包括从低强度碳钢到超高强度合金钢及马氏体时效钢，得到的关系都是经验的。 焊接结构的失效分析-焊接缺欠的评定方法 根据中低强度钢的数据，在转变温度范围内求KIC和AKV可建立以下关系： —以1b.in-3/2为单位； E—弹性模量，以1b.in-2为单位； AKV—以ft-lb为单位。 根据试验的数据， 的概率散度大约是±25%， 对一定的弹性模量E，的概率散度大约是±12%。 焊接结构的失效分析-焊接缺欠的评定方法 （3）临界COD的测试（即 ） 测试试样采用三点弯曲试样，计算公式为： 这里: a-裂纹长度；V-引伸计刀口间的张开位移（毫米）；W-试样的高度；r-转动因子；h-刀口高度。要获得临界COD值，关键要知道转动因子r，并正确地定出临界点。但非常复杂，误差也较大，具体参看文献《断裂韧性测试》（褚武扬等编著）（科学出版社，1979）。 （4）单试样法测 对于短跨距（S/W=3~5）、深裂纹（a/W≥0.5）的三点弯曲试样： 这里: -恒位移条件下的临界应变能或形变功。 焊接结构的失效分析-焊接缺欠的评定方法 对于标准紧凑拉伸试样： 有关 的确定，比较复杂，具体参看文献《断裂韧性测试》（褚武扬等编著）（科学出版社，1979）。 在线弹性条件下，有： 焊接结构的失效分析-焊接缺欠的评定方法 6. 脆断评定 YTM560-6电机转轴焊缝静载