国际焊接工程师考试结构最后复习提纲.docx
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国际焊接工程师考试结构最后复习提纲
焊接结构设计复习提纲
1、结构设计基础
・概述
进行结构设il•时不考虑所用的材料和元素，只考虑结构本身所能达到的性能。
结构设计的过程就是按所提岀的要求，把各个单独部件焊接连接成一个构件的过程。
•静力学基础
——力与力矩（N、kN、kNm）
——平衡条件（£H=0,ZV=O,LM=O）
•构件组成
——支座的种类
——支座的受力条件
・静定系统
n=a+z-3•s
・内力计算
——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。
——水平方向力N（Nx该点处物体水平方向所受内力）
垂直方向力V（Vx该点处物体垂直方向所受内力）弯矩M（Mx该点处物体所受力矩）
——内力分布
•强度理论
•应力
——应力二力/受力面积
——正应力。
（作用力垂直作用到横截而积上）
一一剪应力T（作用力平行作用到横截而积上）
・变形
一一变形是物体内部承受载荷，从而迫使它的外形发生改变的可见的标志。
屈强比他
——许用应力：
为了使建筑物不致在应力达到屈服极限时出现变形现象，许用应力是根据屈服极限而不是根据断裂极限来进行保障。
•截面参量
——静矩S：
Sv=AZi
——惯性矩I:
：
Iy=bh3/12,Iv=AZ3
•构件的应力分布
CT
弯矩产生的应力
O®
O
轴向力和弯矩同时出现产生的应力
a=—-z[N/nun2]
—=p[N/cm2]»=-^—[N/cin2]
ly，lASteg
2、焊缝设计基础
・焊接接头形式
——焊接接头是把零件或部件用焊接的方法相互连接起来的区域，接头的种类是通过
零部件在结构设计上相互配置的情况而确定的。
——焊接接头种类
——焊接接头准备和焊缝的基本概念
・焊缝的形式及应用
——对接焊缝（焊缝厚度、焊缝长度）
——角焊缝（焊缝形状说明和焊缝尺寸、角焊缝应用、焊缝厚度的限泄、断续焊接的角焊缝）
・焊缝的表示（ISO2553）
检验标准（IS05817和IS010042）
焊接位遇（IS06947）
焊接填充材料（IS02560.IS018273）
•焊缝的受载荷方式o丄（垂直正应力）——（平行正应力）
——T丄（垂直剪应力）一一T〃（平行剪应力）
•焊缝的极限应力和许用应力
一一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）
•静载条件下的焊缝计算
=—-zLv/cw2]
ow,v=Jb丄-+Tn"[n/cm
・扭曲
——扭曲一构件横截而在扭矩的作用下相对轴线而产生的转动变形
—一扭矩Mt：
当作用力偏离剪力中心时，则将产生扭矩。
——剪力中心：
构件上不产生扭矩的剪力作用点
•扭距作用在截面上的应力
——Am是剪力作用的而积，即图中阴影线部分
・电阻焊接头
——点焊可用于力的传递，力的承载，物件连续和瞬间左位以及容器密封焊缝的生产。
——根据焊接接头的设计情况，焊缝可以承剪切、拉伸、撕拉和扭转等载荷。
——设计合理性
3、不同载荷下的焊接结构
•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：
低温的影响一脆性断裂，高温的影响一屈服极限的髙温失效及蠕变失效。
——在动载荷状态下，将导致：
疲劳断裂。
・层状撕裂的产生和防止
——应用低硫含量和/或高Ed（板材厚度方向的断而收缩率）值的材料。
——设计及生产技术方而：
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。
——作用于收缩方向上的焊缝厚度刚尽可能低
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II；］的缓冲减少层状撕裂倾向
予热（＞100C）
4、主静载焊接结构
・钢结构特点
——钢材强度髙，塑性、韧性较好：
重量轻：
材质均匀和力学计算的假泄比较符合：
制作简便，施工工期短：
密闭性好：
耐蚀性差；耐热不耐火：
低温和其它条件下，可能发生脆断。
・构件结构设计要求（受压条件下的失稳、桁架梁和实壁梁）
一一受压构件的弯曲失稳
——轴心受力构件（轴心受力构件的常用截面形式可分为实腹式和格构式两大类）
——受弯构件（实腹式受弯构件梁、格构式受弯构件桁架梁、梁的局部稳左和腹板加劲肋设计）
•按DIN18800-1钢制构件的限定和结构基础
一一钢材种类
——钢材选择和证书
——冷变形区域的焊接
——焊接填充材料及辅助材料
・焊接的实壁梁
——使用轧制型材可以很方便地改变实壁梁的高度，只需改变腹板的高度，可增大该处的惯性矩，并减小支座，但应注意在支承处验证其抗剪能力。
——在弯矩和剪力的作用下，需对受弯梁进行局部加强。
在Lo长度区域内进行加强后，增大在该区域内的惯性矩，提高承载能力。
・实壁梁加强板的配置及翼板加强时端部的焊接接头
——由腹板及加强板组成的区域称作翘曲区，为提髙梁的稳泄性及承受弯曲和剪应力的能力，需对梁进行刚度加强，即：
横向加强和纵向加强。
・桁架梁
——桁架梁的优点是，每个杆件的材料性能均可得到充分利用。
从焊接观点来说，每个杆件的截面形状选择以及节点的结构形式设计非常重要。
——杆件的截而形状可根据不同的条件进行选择，并有不同的方案（合理的焊接方案、合理的制作方案
、防腐技术方案）
一一焊接节点
・型材的选择
——闭式型材：
封闭式结构的优点是可充分利用其截而而积，并可将顶部承受的压应力传递到基础上，但却增加了受弯梁的连接困难，并将导致局部过载。
——开式型材：
开式结构不能充分利用苴截面面积，但却不存在受弯梁的连接困难，因此在工程结构上经常采用。
・钢质量组别的选择
—一应力状态
——构件的重要性
__温度
——构件厚度
・框架转角结构
——角平分线上受载时的应力分布（应力分布不是直线而是双曲线；在直角截而上，平而交界处的拉应力，在转角凸出处上的分布一直为零；尖锐的转角凹进处，压应力在理论上上升到无穷大）。
•框架转角结构设计准则
——选Rh>l
——内翼板的强度要髙于外翼板
一一框架转角区域的腹板加强
——对于径向力，采取通过径向的调整加强，同时增加板厚等描施，提髙稳泄性
——腹板和翼板之间的颈部焊缝测定为双轴应力状态
五、动载焊接结构（断裂力学）
・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！
一一预防脆性断裂的措施（正确选择材料、正确设讣合理、安排结构制造工艺、正确使用，精心维护）
・断裂力学的应用
——断裂力学的在于研究宏观裂纹在什么条件下，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。
这对结构安全设讣、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。
・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：
Kj•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枳分）等来描述大范国屈服裂纹尖端的力学状态。
・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垃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
最大应力O-max=b”,+6=bmin〃；最小应力CFmin=%—6=厂•“心
应力循环特征系数r=Sin/b帕=（6—+bj
平均应力=（＜rma^crmin）/2:
应力振幅q=（叭“厂5诃）/2。
疲劳强度：
在某疲劳应力的作用下，经过N次循环，发生破坏，称该应力为N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：
在规泄循环次数以后，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。
・影响焊接接头疲劳强度的因素
——疲劳载荷的性质和大小：
腐蚀介质会加速疲劳裂纹的萌生和扩展速率，降低疲劳寿命
一一结构构造刚柔相济的程度；结构上，特别是接头上的各种应力集中现象：
材质的纯度与材料的塑性和韧度：
结构残余拉应力
・提高焊接结构疲劳强度的工艺
——结构中的应力集中是降低焊接结构疲劳强度的最主要因素。
预防、减小应力集中的工作，应该贯穿于产品设计、制造和使用的整个过程当中。
——设计措施
——工艺措施
——使用中的维护措施
・焊接结构疲劳强度设计的一般原则
——考虑实用性，进行功能设计：
进行方案设计：
进行具体的施工图设计
——设计动载焊接结构必须特别强调两点：
动载对应力集中非常敏感：
焊接接头属于刚性连接形式，对应力集中也比较敏感。
而且“焊接结构"难免有焊接残余应力、变形、焊接缺陷等，存在应力集中现象。
六、焊接压力装置的制作
•技术规程
——欧洲压力装置技术规程DGRL
一一压力容器条例（TRB压力容器、TRG压缩气体、TRR压力管道）
——压力容器工作组规范AD规范
・欧洲压力装置技术规程DGRL
——DGRL所叙述的只是基本的安全要求！
——概念解释
・压力容器条例
——压力容器分类
——检验范围（初检、定期检验、特殊检验）
——检验机构
一一检验专家
・AD2000版压力装置的设讣和制造
一一AD规范的章节分配
——设计参数
D-P
一一压力容器组件的计算5=——」——+5+C,
20K/S-V+P-
七、铝合金焊接结构
・设计原则
——铝结构的设讣，虽然在计算方法上与钢结构基本相同，但由于其焊接接头性能的特殊性，在接头设计、许用应力等方而又不同于钢结构。
——铝与钢相比重要的区别（比较低的强度：
低弹性模量：
焊接热影响区：
挤压型材的成型不可预测性；有减少轻型结构质量可能性）
・材料特点
——非热处理强化的铝合金在焊接状态下的断裂强度和％屈服强度与供货状态几乎没有区别，而对一可热处理化铝合金则有明显的差别。
非热处理强化铝合金的0（＞.2/匕比值大约至之间，在焊接状态要稍低一些，对于热处理强化铝合金钢在至之间。
一一铝合金的断裂延伸率还没有达到EN10025中普通结构钢的一半（S235）。
——焊后接头强度下降。
——铝合金基本没有低温脆性问题
・结构设计及焊接
——钢和铝的坡口有区别：
——静载时的计算准则焊接铝结构的讣算原理上可以与按DIN188OOT1进行的钢结构的计算相比较。
但、砒材和焊缝的许用应力却不一样，必须按不同的标准规程选取。
——应该考虑到，焊接时在热影响区的横截而内要产生强度的降低。
焊接结构的热影响区是从焊缝中点及根部算起向各个方向延伸30mm的区域。
——合理的焊接结构设计的一般要求：
尽童减小结构或焊接接头部位的应力集中；尽虽:
减小结构的刚度，以减小应力集中和附加应力的影响：
不采用过厚的截而：
对于附件或不受力焊缝的设计，应与主焊缝同样重视；焊缝位苣应具有可达性一一便于施焊和焊前现场淸理。
・挤压型材结构焊接
——焊缝不在最高应力区
——在轧制型材上已有熔池保护
——在轧制型材上已有钢性加强
——仅2种不同的型材
八、钢筋焊接结构
・钢筋焊接工艺
——按徳国工业标准DIN4099,可采用下列焊接方法焊接钢筋（111手工电弧焊、135活性气体保护焊、
24电阻闪光对焊、47气压焊、21电阻点焊）。
•焊接接头
——焊接接接头有二种：
一种是承载焊缝，另一种是非承载焊缝。
承载焊缝要承受作用在连接件上的载荷。
非承载焊缝用于加强部件，防止位移。
非冷变形钢筋端部仅允许用于搭接接头和非承载焊缝。
・钢筋焊接生产
一一选择焊接接头的种类、焊接方法过程和钢筋的直径应按DIN4099和DIN1045执行。
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