IWE国际焊接工程师总复习-结构(1)

1、国际焊接学会授权的培训机构国际焊接学会授权的培训机构 哈尔滨焊接技术培训中心哈尔滨焊接技术培训中心 Harbin Welding Training Institute 国际焊接工程师培训课程国际焊接工程师培训课程Training Course for International Welding EngineerIIW Authorised Training Body焊接结构及设计焊接结构及设计总复习总复习 IIW Authorised Training Body 前言前言 结构设计基础部分结构设计基础部分 焊接结构设计焊接结构设计IIW Authorised Training Body 结构设

2、计基础部分结构设计基础部分安全校核（安全校核（强度校核、稳定性校核、刚度校核强度校核、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）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）抵抗力（强度理论基础）-极限应力极限应力1RSdd IIW Authorised Training Body1、例、例材料：材料：S235IIW Authorised Training Body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）由杆件（承受弯矩）、和支座（将载荷传递到地基）组成。组成。支座包括：固定支座（能对垂直方向上的力

3、支座包括：固定支座（能对垂直方向上的力V和水平和水平方向上的力方向上的力H产生反作用力，对力矩不起作用，有一产生反作用力，对力矩不起作用，有一个运动自由度，二个未知的支座反作用力个运动自由度，二个未知的支座反作用力 ）应应用在此结构用在此结构活动支座（只能对垂直方向上的力活动支座（只能对垂直方向上的力V产生反作用力，产生反作用力，对水平方向上的力和力矩不起作用，有二个运动自由对水平方向上的力和力矩不起作用，有二个运动自由度，一个未知的支座反力度，一个未知的支座反力 ）应用在此结构应用在此结构紧固支座（能对垂直方向上的力紧固支座（能对垂直方向上的力V，水平方向上的力，水平方向上的力H和力矩和力矩

4、M产生反作用力或力矩，无运动自由度，有产生反作用力或力矩，无运动自由度，有三个未知的支座反作用力三个未知的支座反作用力 ）未应用未应用IIW Authorised Training Body问题问题2：此结构体系是否属于静定系统？：此结构体系是否属于静定系统？n=a+z-3s3+0-310 静定系统静定系统a-支座反作用力的数量支座反作用力的数量 z-构件之间反作用力的数量构件之间反作用力的数量 s-杆件的数量杆件的数量 IIW Authorised Training Body n0 n倍静不定系统倍静不定系统 n=0 静定系统静定系统 n100）IIW Authorised Training

5、 Body3、主静载焊接结构、主静载焊接结构钢结构特点钢结构特点 钢材强度高，塑性、韧性较好；重量轻；材质钢材强度高，塑性、韧性较好；重量轻；材质均匀和力学计算的假定比较符合；制作简便，施工工均匀和力学计算的假定比较符合；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。它条件下，可能发生脆断。IIW Authorised Training Body构件结构设计要求（受压条件下的失稳、桁架梁和构件结构设计要求（受压条件下的失稳、桁架梁和实壁梁）实壁梁） 受压构件的弯曲失稳受压构件的弯曲失稳 轴心受力构件（轴心受

6、力构件的常用截面形式轴心受力构件（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）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、梁的局部稳定和腹板加劲肋设计）件桁架梁、梁的局部稳定和腹板加劲肋设计）IIW Authorised Training Body构件结构设计要求（受压条件下的失稳、桁架梁和构件结构设计要求（受压条件下的失稳、桁架梁和实壁梁）实壁梁） 受压构件的弯曲失稳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）式可分为实腹式和

7、格构式两大类） 受弯构件（实腹式受弯构件梁、格构式受弯受弯构件（实腹式受弯构件梁、格构式受弯构件桁架梁、梁的局部稳定和腹板加劲肋设计）构件桁架梁、梁的局部稳定和腹板加劲肋设计）IIW Authorised Training Body按按DIN18800-1钢制构件的限定和结构基础钢制构件的限定和结构基础 钢材种类钢材种类 钢材选择和证书钢材选择和证书 冷变形区域的焊接冷变形区域的焊接 焊接填充材料及辅助材料焊接填充材料及辅助材料IIW Authorised Training Body焊接的实壁梁焊接的实壁梁 使用轧制型材可以很方便地改变实壁梁的高度，使用轧制型材可以很方便地改变实壁梁的高度，只

8、需改变腹板的高度，可增大该处的惯性矩，并减小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。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在弯矩和剪力的作用下，需对受弯梁进行局部加强。在强。在L0长度区域内进行加强后，增大在该区域内的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。惯性矩，提高承载能力。IIW Authorised Training Body实壁梁加强板的配置及翼板加强时端部的焊接接头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，为提由腹板及加强板组成的区域称

9、作翘曲区，为提高梁的稳定性及承受弯曲和剪应力的能力，需对梁高梁的稳定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。进行刚度加强，即：横向加强和纵向加强。IIW Authorised Training Body桁架梁桁架梁 桁架梁的优点是，每个杆件的材料性能均可得桁架梁的优点是，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。选择以及节点的结构形式设计非常重要。 杆件的截面形状可根据不同的条件进行选择，杆件的截面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

10、方案、合理的制作方案、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）防腐技术方案） 焊接节点焊接节点IIW Authorised Training Body型材的选择型材的选择 闭式型材：封闭式结构的优点是可充分利用其闭式型材：封闭式结构的优点是可充分利用其截面面积，并可将顶部承受的压应力传递到基础截面面积，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，并将导致局部上，但却增加了受弯梁的连接困难，并将导致局部过载。过载。 开式型材：开式结构不能充分利用其截面面开式型材：开式结构不能充分利用其截面面积，但却不存在受弯梁的连接困难，因此在工程结积，但却不存在受弯梁

11、的连接困难，因此在工程结构上经常采用。构上经常采用。IIW Authorised Training Body钢质量组别的选择钢质量组别的选择 应力状态应力状态 构件的重要性构件的重要性 温度温度 构件厚度构件厚度IIW Authorised Training Body框架转角结构框架转角结构 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；在直角截面上，平面交界处的拉直线而是双曲线；在直角截面上，平面交界处的拉应力，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）。角凹进处，

12、压应力在理论上上升到无穷大）。IIW Authorised Training Body框架转角结构设计准则框架转角结构设计准则 选选R/h1 内翼板的强度要高于外翼板内翼板的强度要高于外翼板 框架转角区域的腹板加强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，同时对于径向力，采取通过径向的调整加强，同时增加板厚等措施，提高稳定性增加板厚等措施，提高稳定性 腹板和翼板之间的颈部焊缝测定为双轴应力状腹板和翼板之间的颈部焊缝测定为双轴应力状态态IIW Authorised Training Body4、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

13、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。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

14、纹萌生和扩展的速度；阻止裂纹扩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。展的主要因素是压应力和材料的塑性变形。IIW Authorised Training Body 内因，即结构抗力是预防脆性断裂的根基；外内因，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，方能避免脆断灾害脆性断裂的条件，须同时兼顾，方能避免脆断灾害的发生！的发生！ 预防脆性断裂的措施（正确选择材料、正确设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，

15、精心维护）计合理、安排结构制造工艺、正确使用，精心维护）IIW Authorised Training Body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，才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、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。准等都有重要意义。IIW Authorised Training Body线弹性

16、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。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：平面应变条件下，材料抵抗脆性断裂的判据是：CKK 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（用裂纹尖端张开位移（COD）和形变功率）和形变功率(J积积分分)等来描述大范围屈服裂纹尖端的力学状态。等来描述大范围屈服裂纹尖端的力学状态。IIW Authorised Training Body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（都属于低应力脆性破坏与

17、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，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突发性强，令人促不及防；都对应力集中很敏感 起起裂位置多半都存在原始缺陷，或起裂于应力集中点）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、对温度敏感性性质不同、对温度敏感性 、受载次数多少、断裂经、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）貌、微观断

18、口形貌）IIW Authorised Training Body疲劳强度的基本概念疲劳强度的基本概念IIW Authorised Training Body影响焊接接头疲劳强度的因素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，降低疲劳寿命裂纹的萌生和扩展速率，降低疲劳寿命结构构造刚柔相济的程度；结构上，特别是接头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；结构残余拉应力韧度；结构残余拉应力IIW Authorise

19、d Training Body提高焊接结构疲劳强度的工艺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。于产品设计、制造和使用的整个过程当中。 设计措施设计措施 工艺措施工艺措施 使用中的维护措施使用中的维护措施IIW Authorised Training Body焊接结构疲劳强度设计的一般原则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；考虑实用性，进行功能设计；进行方案设计；

20、进行具体的施工图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。而且应力集中也比较敏感。而且“焊接结构焊接结构”难免有焊接难免有焊接残残余应力、变形、焊接缺陷等，有应力集中现象。余应力、变形、焊接缺陷等，有应力集中现象。IIW Authorised Training Body5、焊接压力装置的制作、焊接压力装置的制作技术规程技术规程 欧洲压力装置技术规程欧洲压力装置技术规程DGRL 压力容器条例压力容器条例 （TRB 压力容器

21、、压力容器、TRG压缩气压缩气体、体、TRR压力管道）压力管道） 压力容器工作组规范压力容器工作组规范 AD规范规范欧洲压力装置技术规程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！所叙述的只是基本的安全要求！ 概念解释概念解释IIW Authorised Training Body压力容器条例压力容器条例 压力容器分类压力容器分类 检验范围（初检、定期检验、特殊检验）检验范围（初检、定期检验、特殊检验） 检验机构检验机构 检验专家检验专家IIW Authorised Training BodyAD2000版压力装置的设计和制造版压力装置的设计和制造 AD规范的章节分配规范

22、的章节分配 设计参数设计参数 压力容器组件的计算压力容器组件的计算 21/20ccpvSKpDsaIIW Authorised Training Body6、铝合金焊接结构、铝合金焊接结构设计原则设计原则 铝结构的设计，虽然在计算方法上与钢结构基铝结构的设计，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、许用应力等方面又不同于钢结构。计、许用应力等方面又不同于钢结构。 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；性模量；焊接热影响区；挤

23、压型材的成型不可预测性；有减少轻型结构质量可能性）有减少轻型结构质量可能性）IIW Authorised Training Body材料特点材料特点 非热处理强化的铝合金在焊接状态下的断裂强非热处理强化的铝合金在焊接状态下的断裂强度和度和0.2%屈服强度与供货状态几乎没有区别，而对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比值大约铝合金的比值大约0.5至至0.6之间，在焊接状态要稍低之间，在焊接状态要稍低一些，对于热处理强化铝合金钢在一些，对于热处理强化铝合金钢在0.7至至0.8之间。之间。 铝合金的

24、断裂延伸率还没有达到铝合金的断裂延伸率还没有达到EN10025中普中普通结构钢的一半（通结构钢的一半（S235）。）。 焊后接头强度下降。焊后接头强度下降。 铝合金基本没有低温脆性问题铝合金基本没有低温脆性问题IIW Authorised Training Body结构设计及焊接结构设计及焊接 钢和铝的坡口有区别：钢和铝的坡口有区别： 静载时的计算准则焊接铝结构的计算原理上可以静载时的计算准则焊接铝结构的计算原理上可以与按与按DIN18800T1进行的钢结构的计算相比较。但进行的钢结构的计算相比较。但 、母材和焊缝的许用应力却不一样，必须按不同的标准母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。规程选取。 应该考虑到，焊接时在热影响区的横截面内要产应该考虑到，焊接时在热影响区的横截面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根部算起向各个方向延伸30mm的区域。的区域