应变法测量焊接箱形梁焊缝材料的断裂韧度.pdf

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1、应变法测量焊接箱形梁焊缝材料的断裂韧度王志海殷玉枫曾光’翟甲昌吉晓梅1太原科技大学太原0300242山西大学太原030006摘要：针对起重运输机械领域测量焊接箱形梁焊缝材料断裂韧度研究方法少的问题，应用断裂力学、材料力学和数值分析理论进行理论推导，得到1种i!J!lJ量焊接箱形梁焊缝材料断裂韧度的试验新方法——应变法，并采用该方法测量j-Q235钢板制成的焊接箱形梁焊缝材料的断裂韧度，为研究焊接箱形梁的裂纹扩展、载荷限制和断裂判断问题提供良好的支持关键词：焊接箱形梁；焊缝；应变法；断裂韧度中图分类号：TH215文献标识码：A文章编号：1001—0785(2011)02—0071—

2、03Abstract：OnthebasisfJfthelimitedreseal·ehmethodsfo,’theineasul’eofthefracturetoughnessoftheweldingseammaterialoftheweldedboxheaminthehoistingandt·()nvingmachineD'field，thispaperperformsthetheoreticalderiva—tionwiththefracturemechanics，materialmechanicsandnumericalanalysistheoD,，andobtainsan

3、ewmethodfortestingthefa(·turetoughnessoftheWeldingseammaterialoftheweldedboxbeam，thestrainmethod，whichisthenadoptedtomeasurethefracturetoughnessoftheweldingsealnnmterialofthewehtedboxbeat,,nladewiththeQ235steelplate．Thismethodprovidesbettersupportforthestudyofthecrackpropagation，loadlimitandf

4、racturejudgmentoftheweldedboxbeam．Keywords：weldedboxbeam；weldingseam；strainmethod；fl'acturetoughness0前言1应变法的理论推导焊接箱形梁具有承载能力强的优点，I六J此被线弹性断裂力学把构件裂纹按力学特征分为广泛用于起重机械领域，例如桥门式起重机、正张开型(I型)裂纹、滑开型(Ⅱ型)裂纹和撕面吊、岸边集装箱桥式起重机等。起重机焊接开型(Ill型)裂纹等。其中I型裂纹是构件在低箱形梁普遍采用Q235钢板，主要失效形式是箱体应力状态下断裂的主要原L大I，是最危险的，也是焊缝处开裂：正常工况

5、下，箱形梁承受载荷时挠断裂力学重点研究的裂纹类型，在工程中应用最度变化要求在弹性范围内，故采用线弹性断裂力为广泛。根据起重机焊接箱形梁的受力特征，其学研究焊接箱形梁焊缝处裂纹满足理论要求和工裂纹可按I型裂纹处理，在工程应用中比较普遍程要求。目前，测量材料断裂韧度通常采用夏比和安全：冲击试验，国内能进行夏比冲击试验的实验室很如图1所示，对于I型裂纹，构件裂纹的初少，试验费用高，耗时长。因此，线弹性断裂力始面积为A(等于裂纹长度与钢板厚度的乘学重点研究重要领域内的高强度、高脆性的合金积)，力F作刚于含裂纹的构件两端，施力点位移材料，极少研究由Q235钢板制成的起重机焊接箱为，受力后裂

6、纹扩展面积为以(等于裂纹长度增形梁焊缝处金属的断裂韧度：本文基于断裂力学、量【l。与钢板厚度B的乘积。在平面应力、弹性应材料力学和数值分析理论，应用理论推导得到1变状态下，钢板厚度方向的变化相对于d。的变化种测量焊接箱形梁焊缝材料断裂韧度的试验新方是高阶无穷小量，可以忽略不计)。在此过程中，法，并用该方法结合试验得到了Q235钢板制成的力F做功为dW=FS，构件弹性应变能增加了dU．焊接箱形梁焊缝的断裂韧度。塑性功变化了dA，裂纹表面能增加dT。根据能量山西省科技攻关项目(2010032t058—01)《起重运输机械》201l(2)一71～守恒定律，忽略热量损失，构件体系增加的内

7、能的。首先通过试验得到焊接箱形梁在恒定载荷下等于外力做的功，即的应变和焊缝处的裂纹扩展数据，然后利用式dW=FS=d+d+d(1)(9)得到焊缝材料的应力强度因子变化情况，式(1)中d以与d的和表示构件裂纹扩展在接近断裂和断裂时刻利用式(10)得到焊缝材dA时所要消耗的能量，定义裂纹扩展单位面积所料的断裂韧度。需要的能量为裂纹扩展能量释放率，用G表示，2．2试验设备和方法则有．试验设备有电液伺服控制疲劳试验机、支撑G=dW-dU底座、支撑门架、加紧支座、YD一15型电阻动态A=d