焊接结构力学教学大纲

朽木易折，金石可镂。千里之行，始于足下。第页/共页《焊接结构力学》课程教学大纲课程中文名称：焊接结构力学课程英文名称：MechanicsofWeldingStructure总学时：45讲课学时：41习题课学时：1实验学时：4上机学时：0授课对象：材料科学与工程学院焊接技术与工程系先修课程：焊接电弧及弧焊主意材料力学金属力学性能一、课程教学目的本课程是焊接技术与工程专业本科生的专业基础课,内容涉及到焊接传热学和焊接结构两害羞面.目的是通过焊接热过程、焊接接头和构件的应力与变形过程的分析，使学生了解焊接结构的特点、应用和可能浮上的问题及其缘故，从而为后续专业课程的学习奠定良好的基础。二、教学内容及基本要求教学内容绪论焊接性分析,构件焊接性(材料—焊接适应性,设计—焊接可靠性,发明—焊接可行性)；焊接结构概述,特点,优点,应用范围；本课程的内容范围,结构和学习要求第一章焊接的热场与流场第一节基本原理焊接温度场的意义,焊接热源的类型,焊接热源的功率;热传导定律,辐射传热定律,对流传热定律,导热微分方程式,初始条件和边界条件,材料热物理性质的特征值.几何尺寸和热输入的简化模型:须要性,几何尺寸简化,热源空间尺寸形状简化,热源作用时光因素的简化,模型挑选应考虑的问题,模型求解(数值解)与实验结果的比较.第二节整体温度场固定瞬时热源作用下的温度场;延续固定和移动热源下的温度场;高斯热源分布;热饱和与温度匀称化;有限尺寸影响;有限元法简介.第三节焊接熔池的热场与流场焊接电弧热源;热平衡与热流密度,熔化焊传热模型,电极熔化,母材熔化,熔化金属与母材的互相作用,焊接熔池模型,焊接电弧模型,表面张力模型,焊缝形状模型,小孔模型.第四节其它焊接过程的温度场火焰加热时的温度场,电阻加热时的温度场,摩擦生热及温度场第五节焊接热循环对母材的影响热影响区显微组织的改变,时光温度改变图,显微组织改变模型,单道焊时热循环的影响,多道焊时热循环的影响.第二章焊接应力第一节内应力的产生内应力及其产生缘故,弹性热应力场,弹塑性热应力场,热力学基本方程,材料热物性和力学特征值,焊接引起的内应力.第二节收缩力与应力源模型纵向收缩力模型,横向收缩力模型,模型在圆筒和球壳上的应用,残余应力源模型.第三节焊接残余应力焊接残余应力的分布,焊缝纵向残余应力,焊缝横向残余应力,焊接相变赢利,自在焊接赢利,点焊,喷涂及火焰切割时的残余应力;焊接残余应力的影响,残余应力的测量.第四节减少残余应力的措施须要性,设计措施,选材措施,发明工艺措施(包括焊前措施,焊时措施,焊后措施)第三章焊接变形第一节焊接变形的一些基本概念自由变形,外观变形和内部变形,焊接引起变形的种类,产生缘故.第二节焊接残余变形纵向收缩变形及挠曲变形,横向收缩及坡口横向偏移,角变形,错边变形及扭曲变形,波浪变形.第三节焊接变形的测量与矫正焊接过程中应变与位移的测量,焊后变形测量.预防焊接变形的措施,焊接过程中变形的调节控制措施,焊后矫正焊接变形的主意.第四章焊接接头第一节焊接接头的普通性能焊接接头的基本概念,焊接接头的不匀称性及其力学行为,焊缝及接头的基本形式,分类及表示主意.第二节焊接接头的工作应力分布工作性能应力扩散的概念,电弧焊接头的工作应力分布和工作性能,接触焊接头的工作应力分布和工作性能,铆焊联合结构与铆焊联合接头.第三节焊接接头静载强度计算工作焊缝与联系焊缝,强度计算的假设,电弧焊与接触焊接头的静载强度计算,焊缝许用应力.第五章焊接结构类型及其力学特点第一节焊接结构的基本类型焊接结构的各种分类主意及相应类型的特点,焊接结构的合理性分析.第二节焊接结构的力学特征桁架结构及其力学特征,板壳结构及其力学特征,实体结构及其力学特征.第三节焊接结构实例分析桥梁,焊接容器,机床机身,旋转体,薄板结构等.第六章焊接结构的脆性断裂第一节

金属材料的脆性断裂第二节

脆断事故及研究脆断的意义,脆断的形态特征及影响因素,脆性断裂的能量理论,材料断裂的评定主意.第二节焊接结构的特点及其对脆断的影响刚度大,整体性强的特点,焊接结构发明工艺特点第三节焊接结构抗开裂性能与止裂性能的评定主意脆性断裂的产生,扩展与停止,焊接接头抗开裂性能实验,止裂实验.第四节预防焊接结构脆性断裂的措施准确选材,采用合理的焊接结构设计,用断裂力学主意评定结构安全性.第七章焊接接头和焊接结构的疲劳强度第一节材料的疲劳断裂研究的意义,疲劳断裂的过程和断口特征,疲劳限和疲劳强度的表示法.第二节焊接接头疲劳强度的计算第三节断裂力学在疲劳裂纹扩展研究中的应用裂纹的亚临界扩展,疲劳裂纹扩展特性,疲劳裂纹扩展寿命的估算.第四节影响焊接接头疲劳强度的因素和改进措施应力扩散的影响及降低应力扩散的措施,近缝区金属性能变化的影响及材料机械性能的改善,残余应力的影响及残余应力场的调节,缺陷的影响及异常保护措施.第八章焊接结构设计第一节焊接结构设计的普通原则焊接结构设计的普通思路,焊接结构的合理性分析,结构强度,发明工艺及经济性等,焊接结构设计中应注重的问题.第三节

焊接结构设计实例：焊接机身,压力容器,薄板结构等.本课程的基本要求是：1、了解和控制焊接热过程的分析和计算主意；2、了解焊接应力和变形产生的缘故及调节和控制应力与变形的主意；3、控制焊接接头承载能力的计算主意；4、了解焊接结构设计中应注重的问题。三、课程负责人示范性教学设计1.

内容体系（1）教学定位本课程是焊接技术与工程专业的一门专业课程，又是一门多学科并且学科交错的课程。需要结合先修课程，如理论力学、材料力学、金属力学性能、金属学及热处理等知识，加深对本课程的理解和控制。通过本课程的学习，为今后从事焊接技术与工程等方面的工作和研究奠定须要的基础。（2）知识点与学时分配一．焊接结构力学总论2学时焊接结构概述推荐焊接结构的特点、焊接结构的应用范围、结构焊接性分析二．焊接的热场与流场13学时焊接的热场与流场基本原理，包括电弧焊热过程概述、焊接热源、传热的基本原理、焊接熔池的数学模型；焊接整体温度场，瞬时固定热源温度场，延续移动热源作用下的温度场，高斯分布热源作用下的温度场；焊接热循环及其主要参数，焊接热循环参数的计算，多层焊接时的热循环，焊接热循环对母材的影响；熔化区域的局部热作用，热平衡与热源密度，电极的加热与熔化；其它焊接过程的温度场。三．焊接应力与变形14学时本课的核心内容推荐内应力的产生，热应变与相变应变；焊接应力与变形的形成过程，包括容易杆件的应力与变形，不匀称温度场作用下的应力与变形，焊接引起的应力与变形；焊接残余变形内容有焊接残余变形的分类，纵向收缩变形及其引起的挠曲变形，横向收缩变形及其引起的挠曲变形，角变形，其它变形；焊接残余应力部分包括，焊接残余应力的分布，焊接残余应力的影响，残余应力的测定与调节；减小焊接残余应力与变形的措施。本部分内容完成后，进入焊接力学实验部分，该部分包括a.焊接变形的测试与校正，b.焊接残余应力与测试四．焊接接头4学时本部分内容包括焊接接头的不匀称性及其力学行为、焊接接头的工作应力分布和工作性能、应力扩散、电弧焊接头工作应力分布和工作性能、焊接接头强度计算。五．焊接结构的脆性断裂4学时本部分推荐的知识有：金属材料的断裂及其影响因素、金属材料的断裂形态特征、影响金属脆断的主要因素、金属材料脆断的能量理论、材料断裂的评定主意、改变温度法、断裂力学主意、焊接结构的特点及其对脆断的影响、焊接结构抗开裂性能与止裂性能的评定主意、脆性断裂的引发,扩展和停止、焊接结构的两种设计原则、抗开裂性能实验、止裂实验，预防焊接结构脆断的措施，断裂力学评定安全性。六．焊接接头和结构的疲劳强度4学时本部分内容是比较重要的，密切与实际工程相联系，讲解的重点在疲劳断裂过程和断口特征，焊接结构的疲劳限表示法，焊接接头疲劳强度计算；断裂力学在疲劳裂纹扩展研究中的应用，裂纹的亚临界扩展，疲劳裂纹扩展特性da/dN-⊿K曲线；疲劳裂纹扩展寿命估算；影响焊接接头疲劳强度的因素，应力扩散的影响，近缝区金属性能变化的影响，残余应力的影响，缺陷的影响；提高焊接接头疲劳强度的措施，包括降低应力扩散，调节残余应力场，改善材料的机械性能，异常措施。2.

教材的挑选《焊接结构》田锡唐主编机械工业出版社《焊接热效应》D.拉达伊著机械工业出版社1997（辅助）《焊接热过程计算》H.H.雷卡林著中国工业出版社（辅助）3.

课程的讲授（1）重点及难点焊接热循环参数的计算，多层焊接时的热循环，焊接热循环对母材的影响；熔化区域的局部热作用，热平衡与热源密度，电极的加热与熔化；焊接应力与变形的形成过程，焊接残余应力的影响；焊接结构的特点及其对脆断的影响；焊接结构的疲劳限表示法，影响疲劳强度的因素，即应力扩散的影响，近缝区金属性能变化的影响，残余应力的影响。（2）课程中应该注重的授课主意首先需要结合先修课程，如理论力学、材料力学、金属力学性能、金属学及热处理等知识，加深对本课程的理解和控制；第二要结合大量典型详细工程实例，例如KM6工程,“神舟”号飞船返回仓发明过程中的焊接应力与变形控制等，协助学生加深理解理论知识，同时提高学习热烈和兴趣。4.

作业等按照教学进度和学生理解情况，针对重点和难点部分向学生布置约5次作业，以此了解学生对所学内容的控制情况，及时发现和解