国际焊接工程师培训(IWE)
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1、国际焊接工程师培训（国际焊接工程师培训（IWE）RAFFLES 内部结构及生产部分主讲：生产工艺 徐利华1RSdd 焊接结构设计焊接结构设计 结构设计基础部分结构设计基础部分安全校核（强度校核、稳定性校核、刚度校核）Sd 作用力（结构设计基础、强度理论基础）Rd 抵抗力（强度理论基础 1、例材料：S235焊接结构设计焊接结构设计结构设计基础部分结构设计基础部分问题问题1：简支梁的结构构成？：简支梁的结构构成？由杆件（承受弯矩）、和支座（将载荷传递到地基）组成。支座包括：固定支座（提供两个支座反力）应用在此结构应用在此结构活动支座（提供一个支座反力）应用在此结构应用在此结构紧固支座（提供三个支座
2、反力）未应用未应用焊接结构设计焊接结构设计结构设计基础部分结构设计基础部分问题2：此结构体系是否属于静定系统？n=a+z-3s30310静定系统问题3：简支梁受哪几种内力作用？如何分布？内力是指物体内部各质点之间的相互作用，物体不受外力时，其内部各质点之间也存在内力，它使质点间相对位置保持不变。当物体受外力作用而发生变形时，物体所受内力发生变化，产生了“附加内力”，称为内力。内力包括：水平方向力 N（物体水平方向所受内力）构件不承受构件不承受垂直方向力 V（物体垂直方向所受内力）构件承受构件承受弯 矩 M（物体所受力矩）构件承受构件承受其分布趋势见上图，计算过程如下：Av支座A的垂直方向支座反
3、力Bv支座B的垂直方向支座反力AH支座A的水平方向支座反力MA力矩1）FdQl292.582340kN 焊接结构设计焊接结构设计结构设计基础部分结构设计基础部分2) 支座反力计算：平衡条件（H=0, V=0，M=0）3)内力计算：平衡条件（H=0, V=0，M=0）水平方向力 N kNFBAFBlBlFMFBABAFVANNAHdvvdvvdAdvvvvdHH117022020000000NANAHH焊接结构设计焊接结构设计结构设计基础部分结构设计基础部分垂直方向力 V横向内力V（Q）的确定，设A，B点之间任取一点距A点为x弯 矩 M截面弯矩M的确定，设A，B之间任取一点至A点距离为x：kNx
4、QlQxQFxQAQVkNxQlQxQFxQAQVxQlQxQFxQAQVQVxqAQVdvdvdvv117022)(min117022)(max22)(0)(0)(0min0234081max22202022MlxxmkNqlMlxxlqxqMMxxqxAMv时和时焊接结构设计焊接结构设计结构设计基础部分结构设计基础部分问题4：计算梁的截面参量惯性距Iy和翼板截面参量静距Sy？Iy惯性矩cm4（弯曲和剪切引起的应力，弯曲所产生的变形）Sy 静矩cm3 （剪切时的应力）Sy问题5：简支梁受哪几种应力作用？在截面上如何分布？应力=力/受力面积正应力（作用力垂直作用到横截面积上）剪应力 （作用力平
5、行作用到横截面积上） ）（423212cmzAhbIy2/mmNzIMyy 2Stegmcm/NAV 2zAsteg2/mmNzIMyy焊接结构设计焊接结构设计结构设计基础部分结构设计基础部分问题12：选用哪一种角焊缝？有何特点？ 选用平面角焊缝，施工中认为这种焊缝形状是最经济的，因为它不存在多余的焊缝体积。尽管存在小的外部缺口效应，但在主要承受静载荷的构件上仍可使用这种焊缝形状。另：凸面角焊缝一般应被避免。它是不经济的并且具有最大的缺口效应。仅在角接焊缝时使用这种焊缝形状，甚至认为是有利的。凹面角焊缝的焊缝体积大于平角焊缝的焊缝体积。凹形角焊缝具有最小的外部缺口效应，因此优先用于承受动载的构
6、件中。它们多半只能在船形位置焊接时得到。不等腰焊缝常用于端面焊缝的焊接，目的是减少缺口效应（应力集中）。焊接结构设计焊接结构设计结构设计基础部分结构设计基础部分问题13：焊缝可能受哪几种应力？此焊缝受那种应力？ （垂直正应力） （平行正应力） （垂直剪应力） （平行剪应力）焊缝承受问题14：确定角焊缝的焊缝厚度？有哪些限定条件（按DIN18800-1）？DIN18800T1钢结构 min a =2.0问题14：确定焊缝的极限应力（按DIN18800-1），它受哪些因素影响？影响焊接接头应力极限的因素有：材料的连接强度载荷种类焊缝形式焊缝质量结构中焊缝的位置问题15：校核角焊缝的强度（按DIN1
7、8800-1）？MkydRwf,55. 0mmtammta4 . 87 . 08 . 55 . 0minmaxmaxmin1,dRwvw222,vw2./cmNaISVyyZvw焊接结构设计焊接结构设计焊接结构设计焊接结构设计不同载荷条件下的破坏形式 在静载及主要承受静载的状态下，将导致：形变断裂、脆性断裂、层状撕裂和失稳破坏。 在热负荷状态下，将导致：低温的影响脆性断裂，高温的影响屈服极限的高温失效及蠕变失效。 在动载荷状态下，将导致：疲劳断裂。 应用低硫含量和/或高ED（板材厚度方向的断面收缩率）值的材料。 设计及生产技术方面：尽可能避免厚度方向上由于焊接残余应力引起的应力或者把它降至很低
8、。 作用于收缩方向上的焊缝厚度aD尽可能低焊缝连接基础应尽可能大焊道数应少焊道次数应考虑局部缓冲尽可能选择对称焊缝形式和对称焊接顺序尽可能使用轧制产品所有层次与焊缝连接通过连接范围的缓冲减少层状撕裂倾向予热（100）焊接结构设计焊接结构设计焊接结构设计焊接结构设计FR2219500 OF CLDEFECTWELD METAL252525Kgapoverlay焊接结构设计焊接结构设计主静载焊接结构主静载焊接结构 焊接结构设计焊接结构设计动载焊接结构（断裂力学）动载焊接结构（断裂力学）脆性断裂的产生原因及特点脆性断裂的产生原因及特点 名义工作应力低；断裂之前无明显塑性变形，突发断裂；低应力脆性破坏
9、多发生在低温阴冷的时刻。 发生低应力脆性断裂的结构内，多半存在着较大的内应力，有较高的内能；发生低应力脆性断裂的结构上，必有裂源或应力集中点存在；脆性断裂对缺陷和应力集中很敏感。 拉应力是裂纹产生和扩展的动力，拉应力及缺陷的大小直接影响裂纹萌生和扩展的速度；阻止裂纹扩展的主要因素是压应力和材料的塑性变形。 内因，即结构抗力是预防脆性断裂的根基；外因，即载荷性质、加载速率、环境因素等，是发生脆性断裂的条件，须同时兼顾，方能避免脆断灾害的发生！ 预防脆性断裂的措施（正确选择材料、正确设计合理、安排结构制造工艺、正确使用，精心维护）断裂力学的应用断裂力学的应用 断裂力学的在于研究宏观裂纹在什么条件下
10、，才会导致失稳扩展，引发脆性断裂；建立裂纹尺寸与破坏应力之间的关系。这对结构安全设计、合理选材、改进材质和施工工艺，以及制定裂纹体力学的概念标准等都有重要意义。焊接结构设计焊接结构设计动载焊接结构（断裂力学动载焊接结构（断裂力学）线弹性断裂力学线弹性断裂力学 应力强度因子它反映材料抵抗脆性断裂，或裂纹失稳扩展的能力。 平面应变条件下，材料抵抗脆性断裂的判据是：非线性（弹塑性）断裂力学非线性（弹塑性）断裂力学 用裂纹尖端张开位移（COD）和形变功率(J积分)等来描述大范围屈服裂纹尖端的力学状态。疲劳断裂的产生原因及特点疲劳断裂的产生原因及特点 脆性破坏与疲劳破坏的相同点（都属于低应力破坏；破坏之
11、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；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） 脆性破坏与疲劳破坏的相同点与不同点（载荷性质不同、对温度敏感性 、受载次数多少、断裂经历时间、断裂经历过程、断裂机理机制、宏观断口形貌、微观断口形貌）疲劳强度的基本概念 五个基本参数 、 、 、 、 疲劳强度：在某疲劳应力的作用下，经过次循环，发生破坏，称该应力为次循环的疲劳强度。疲劳强度是应力循环中的最大值，用表示。 疲劳极限：在规定循环次数以后，疲劳强度不再下降，达到饱和的极限值，如图7所示的水平线，所对应的疲劳应力值，称为疲劳极限。CKK maxminrma焊
