焊接结构第7章焊接结构力学特征及结构设计

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1、本章学习要点知识要点掌握程度相关内容焊接结构的特点、类型熟悉焊接结构的优点和不足，了解其分类方法，熟悉其所涉及的力学性能焊接结构优点、不足；按用途、结构形式、制造方法分类；静载力学性能、断裂性能、疲劳性能、应力腐蚀性能、高温力学性能焊接结构力学特征了解三种类型焊接结构的力学特征桁架结构、板壳结构和实体结构的力学特征焊接结构设计熟悉焊接结构设计的基本特点、基本要求、基本方法和合理性分析；结合典型焊接结构实例分析，掌握焊接接头的设计要点设计基本要求：以实用性为核心，以可靠性为前提，以工艺性和经济性为制约条件。从实用性、可靠性、工艺性和经济性四方面进行

2、焊接结构设计的合理性分析1/2532/253由于焊接结构的使用目的不同，所用的材料种类、结构形式、尺寸精度、焊接方法和焊接工艺也不相同，这就使得焊接结构种类颇多。但焊接结构的主要作用是一致的，那就是能够长时间承受自身重量及外部载荷而保持其形状和性能不变。本章只从大型焊接结构的角度考虑，讨论焊接结构的特点、类型、力学特征和设计思路，进一步对典型焊接结构产品进行力学特征和焊接接头设计分析。前言主要内容3/2537.1焊接结构的特点及分类7.2焊接结构力学特征7.3焊接结构设计7.4焊接结构实例分析7.1焊接结构的特点及分类4/2537.1.1焊接结构

3、的特点焊接结构的原材料多为经过轧制的板材和各种断面形状的型材，这些材料的强度高、韧性好、易于加工，因此焊接结构工艺性能和力学性能都非常好，承受动载荷时的疲劳强度也令人满意。与铆接和栓接结构相比，焊接结构具有如下力学特点：1.焊接结构的优点5/253铆接或栓接结构的接头须预先在母材上钻孔，钉孔削弱了连接接头的工作截面，连接接头的强度只有母材强度的80%左右。现代焊接技术已经能够使得焊接接头强度等于甚至高于母材的强度，也具有良好的疲劳性能和断裂韧性。焊接结构多为空心结构或框架结构，与铸造和锻造结构相比，当承受的载荷和工作条件相同时，焊接结构自重较轻、

4、节省材料、所需截面较小，运输和架设也较方便。（1）强度高、重量轻6/253轧制钢板具有良好的塑性，在一般情况下，不会因为局部超载造成突然断裂破坏，而是事先出现较大的变形预兆，以便采取补救措施。轧制钢板还具有良好的韧性，对作用在结构上的动载荷适应性强，为焊接结构的安全使用提供了可靠保证。（2）塑性和韧性好（3）整体性强、刚性大焊接结构为一个整体，具有较大的抗变形7/253能力，因此可以长期保持原有设计形状不变。但是这一优点在结构失效时就变成了缺点，容易造成脆性断裂和整体断裂。（4）结构计算准确可靠钢板和型材的内部组织均匀，各个方向的力学性能基本相同

5、，在一定的应力范围内，钢板和型材处于理想弹性状态，与工程力学所采用的基本假定较吻合，故焊接结构承载能力计算结果准确可靠。8/253（5）结构密封性好采用焊接方法连接容易做到紧密不渗漏，密封性好，适用于制造各种容器，尤其是压力容器。此外，大型焊接结构适用于工厂制造、工地安装的施工方法，结构部件形状尺寸精度高，铆焊和栓焊结构共同存在，使焊接结构综合力学性能得到最大限度的发挥。9/2532.焊接结构的不足之处经过短时高温快速冷却的焊接热循环作用，使得焊接结构具有自身独特的力学特点。（1）较大的残余应力和变形（2）应力集中系数较大（3）焊接接头性能不均匀

6、（4）对材料敏感性强，易产生焊接缺陷10/253只有正确认识并掌握了这些特点，做到合理的结构设计、正确的材料选择、优质的焊接设备、合理的焊接工艺和严格的质量控制，才能生产出综合性能优良的焊接结构。11/2537.1.2焊接结构的分类焊接结构类型众多，其分类方法也不尽相同，各分类方法之间也有交叉和重复现象。即使同一焊接结构之中也有局部的不同结构形式，因此很难准确和清晰地对其进行分类。通常可以从用途（使用者）、结构形式（设计者）和制造方式（生产者）来进行分类，见表7-1。12/253分类方法结构类型焊接结构的代表产品主要受力载荷形式按用途分类运载工具

7、汽车、火车、船舶、飞机、航天器等静载、交变载荷、冲击载荷存贮容器气罐、油罐、料仓等静载压力容器锅炉、钢包、反应釜、冶炼炉、气罐等静载、热疲劳载荷、高温载荷起重设备建筑塔吊、车间行车、汽车吊等静载、低周疲劳载荷建筑设施桥梁、钢结构的房屋、厂房、场馆等静载、风雪载荷、低周疲劳载荷海洋设施船舶、港口起重设备、海洋钻井平台等静载、疲劳载荷、应力腐蚀焊接机器减速机、机床机身、旋转体等静载、交变载荷按结构形式分类桁架结构桥梁、网架结构等静载、低周疲劳载荷、大气腐蚀板壳结构压力容器、锅炉、管道等静载、交变载荷、应力腐蚀实体结构机床机身、机器、旋转体等静载、交变

8、载荷按制造方式分类铆焊结构小型机器结构等静载、交变载荷栓焊结构桥梁、轻钢结构等静载、风雪载荷、低周疲劳铸焊结构机床机身等静载、交变载荷锻