《焊接结构断裂性能》课件.ppt

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探讨焊接结构在承受外部载荷时所表现出的断裂特性,以及影响焊接结构断裂性能的关键因素。
课程目标
了解断裂力学基础知识
掌握线性弹性断裂力学的基本原理和应用。
学习焊接接头断裂性能
了解焊接接头中金属、热影响区等部位的断裂特性。
掌握断裂性能评估方法
熟悉断裂韧性测试方法和接头断裂性能评估指标。
学习抗断裂设计原则
了解焊接结构抗断裂设计的基本原则和措施。
断裂力学基础
断裂概念
断裂是材料内部微观缺陷扩展形成宏观失效的过程。理解断裂过程的原理和规律对设计与制造可靠的结构构件至关重要。
断裂机理
断裂包括断裂起源、裂纹扩展和最终断裂3个阶段。断裂起源通常源于材料内部的微裂纹、夹杂物等缺陷。
断裂分类
按变形模式分为脆性断裂和塑性断裂；按断口形态分为平面应力和平面应变断裂。不同类型断裂需要不同的分析方法。
断裂力学
断裂力学是研究材料和结构在外载作用下断裂行为的科学，包括断裂标准、断裂韧性测试等。
线性弹性断裂力学
1
应力分析基础
线性弹性断裂力学基于线性弹性理论,使用应力强度因子来描述开裂尖端的应力分布。
2
韧性与脆性
材料在受力作用下的失效行为可以分为韧性失效和脆性失效,线性弹性断裂力学主要应用于脆性材料。
3
Griffith裂纹理论
Griffith提出了基于能量平衡的裂纹扩展准则,为线性弹性断裂力学的发展奠定了基础。
4
应力强度因子K
应力强度因子K是描述裂纹尖端应力场的参数,可以用来评估材料的断裂韧性。
应力强度因子及J积分
应力强度因子K
应力强度因子K描述了断裂尖端的应力和应变场,是评估断裂行为的重要参数。它与应力水平、裂纹长度等因素有关。
J积分
J积分是描述非线性断裂行为的参数,能够评估材料的抗断裂性能。它包含了应力、应变、位移等因素,适用于大变形条件下的断裂分析。
断裂力学基本概念
应力强度因子K
J积分
应力场特征
应变能释放率
断裂韧性测试方法
单边凹槽拉伸试样
通过施加单轴拉伸载荷,评估材料的临界应力强度因子。
弯曲断裂试验
在三点或四点弯曲载荷下,测定材料的临界应力强度因子。
撕裂试验
材料在受到拉伸和剪切载荷时,测量其临界应力强度因子。
压裂试验
在压缩载荷下,通过测量临界应力强度因子评估材料断裂韧性。
材料断裂韧性指标
指标
定义
描述
临界应力强度因子KIc
临界应力强度因子
表征材料在平面应力状态下开裂抗性的重要指标
临界J积分JIc
临界J积分
表征材料在非线性塑性条件下的开裂抗性
临界微裂纹扩展力GIc
临界微裂纹扩展力
表征材料在平面应变状态下的开裂抗性
这些指标有助于评估材料在不同应力状态下的断裂性能,为焊接结构设计提供依据。
焊接接头断裂特性
应力集中
焊缝区域通常存在应力集中,极易引起裂纹初始和扩展,是导致焊接接头断裂的主要原因之一。
焊接缺陷
焊接过程中可能产生熔接不良、气孔、裂纹等缺陷,这些缺陷都是接头断裂的高发点。
金属组织特性
焊接过程中的热循环会改变金属的组织结构,这可能导致断裂韧性下降、硬脆性增加等问题。
残余应力
焊接过程中产生的残余应力会影响接头的应力状态,从而影响断裂行为。
焊缝金属断裂行为
局部塑性断裂
焊缝金属由于受热过程中发生晶粒长大和组织变化,其晶粒更粗大、硬度更高,容易发生局部塑性变形,从而导致焊缝出现裂纹和断裂。
界面分离断裂
焊缝金属与母材之间由于热影响区组织变化,界面处存在性能不匹配,很容易发生界面分离,导致焊件断裂。
脆性断裂
焊缝金属的低韧性和高硬度使其更加容易发生脆性断裂,尤其在低温下更为明显。焊缝存在缺陷也会加剧脆性断裂的发生。
疲劳断裂
焊接工艺引入的残余应力以及焊缝存在的缺陷会成为疲劳断裂的起源点,使焊件更容易发生疲劳失效。
热影响区断裂行为
焊接热影响区性能
焊接热影响区的金属组织和性能发生变化,会影响该区域的断裂行为。
裂纹扩展路径
热影响区由于组织和性能的不均匀,可能导致裂纹沿不同路径扩展。
组织结构分析
对热影响区的组织结构进行分析,有助于理解该区域的断裂行为。
硬度变化规律
热影响区硬度的变化与断裂行为密切相关,需要重点关注。