焊接結(jié)構(gòu)力學教學大綱

朽木易折，金石可鏤。千里之行，始于足下。第頁/共頁《焊接結(jié)構(gòu)力學》課程教學大綱課程中文名稱：焊接結(jié)構(gòu)力學課程英文名稱：MechanicsofWeldingStructure總學時：45講課學時：41習題課學時：1實驗學時：4上機學時：0授課對象：材料科學與工程學院焊接技術(shù)與工程系先修課程：焊接電弧及弧焊主意材料力學金屬力學性能一、課程教學目的本課程是焊接技術(shù)與工程專業(yè)本科生的專業(yè)基礎(chǔ)課,內(nèi)容涉及到焊接傳熱學和焊接結(jié)構(gòu)兩害羞面.目的是通過焊接熱過程、焊接接頭和構(gòu)件的應(yīng)力與變形過程的分析，使學生了解焊接結(jié)構(gòu)的特點、應(yīng)用和可能浮上的問題及其緣故，從而為后續(xù)專業(yè)課程的學習奠定良好的基礎(chǔ)。二、教學內(nèi)容及基本要求教學內(nèi)容緒論焊接性分析,構(gòu)件焊接性(材料—焊接適應(yīng)性,設(shè)計—焊接可靠性,發(fā)明—焊接可行性)；焊接結(jié)構(gòu)概述,特點,優(yōu)點,應(yīng)用范圍；本課程的內(nèi)容范圍,結(jié)構(gòu)和學習要求第一章焊接的熱場與流場第一節(jié)基本原理焊接溫度場的意義,焊接熱源的類型,焊接熱源的功率;熱傳導定律,輻射傳熱定律,對流傳熱定律,導熱微分方程式,初始條件和邊界條件,材料熱物理性質(zhì)的特征值.幾何尺寸和熱輸入的簡化模型:須要性,幾何尺寸簡化,熱源空間尺寸形狀簡化,熱源作用時光因素的簡化,模型挑選應(yīng)考慮的問題,模型求解(數(shù)值解)與實驗結(jié)果的比較.第二節(jié)整體溫度場固定瞬時熱源作用下的溫度場;延續(xù)固定和移動熱源下的溫度場;高斯熱源分布;熱飽和與溫度勻稱化;有限尺寸影響;有限元法簡介.第三節(jié)焊接熔池的熱場與流場焊接電弧熱源;熱平衡與熱流密度,熔化焊傳熱模型,電極熔化,母材熔化,熔化金屬與母材的互相作用,焊接熔池模型,焊接電弧模型,表面張力模型,焊縫形狀模型,小孔模型.第四節(jié)其它焊接過程的溫度場火焰加熱時的溫度場,電阻加熱時的溫度場,摩擦生熱及溫度場第五節(jié)焊接熱循環(huán)對母材的影響熱影響區(qū)顯微組織的改變,時光溫度改變圖,顯微組織改變模型,單道焊時熱循環(huán)的影響,多道焊時熱循環(huán)的影響.第二章焊接應(yīng)力第一節(jié)內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力及其產(chǎn)生緣故,彈性熱應(yīng)力場,彈塑性熱應(yīng)力場,熱力學基本方程,材料熱物性和力學特征值,焊接引起的內(nèi)應(yīng)力.第二節(jié)收縮力與應(yīng)力源模型縱向收縮力模型,橫向收縮力模型,模型在圓筒和球殼上的應(yīng)用,殘余應(yīng)力源模型.第三節(jié)焊接殘余應(yīng)力焊接殘余應(yīng)力的分布,焊縫縱向殘余應(yīng)力,焊縫橫向殘余應(yīng)力,焊接相變贏利,自在焊接贏利,點焊,噴涂及火焰切割時的殘余應(yīng)力;焊接殘余應(yīng)力的影響,殘余應(yīng)力的測量.第四節(jié)減少殘余應(yīng)力的措施須要性,設(shè)計措施,選材措施,發(fā)明工藝措施(包括焊前措施,焊時措施,焊后措施)第三章焊接變形第一節(jié)焊接變形的一些基本概念自由變形,外觀變形和內(nèi)部變形,焊接引起變形的種類,產(chǎn)生緣故.第二節(jié)焊接殘余變形縱向收縮變形及撓曲變形,橫向收縮及坡口橫向偏移,角變形,錯邊變形及扭曲變形,波浪變形.第三節(jié)焊接變形的測量與矯正焊接過程中應(yīng)變與位移的測量,焊后變形測量.預(yù)防焊接變形的措施,焊接過程中變形的調(diào)節(jié)控制措施,焊后矯正焊接變形的主意.第四章焊接接頭第一節(jié)焊接接頭的普通性能焊接接頭的基本概念,焊接接頭的不勻稱性及其力學行為,焊縫及接頭的基本形式,分類及表示主意.第二節(jié)焊接接頭的工作應(yīng)力分布工作性能應(yīng)力擴散的概念,電弧焊接頭的工作應(yīng)力分布和工作性能,接觸焊接頭的工作應(yīng)力分布和工作性能,鉚焊聯(lián)合結(jié)構(gòu)與鉚焊聯(lián)合接頭.第三節(jié)焊接接頭靜載強度計算工作焊縫與聯(lián)系焊縫,強度計算的假設(shè),電弧焊與接觸焊接頭的靜載強度計算,焊縫許用應(yīng)力.第五章焊接結(jié)構(gòu)類型及其力學特點第一節(jié)焊接結(jié)構(gòu)的基本類型焊接結(jié)構(gòu)的各種分類主意及相應(yīng)類型的特點,焊接結(jié)構(gòu)的合理性分析.第二節(jié)焊接結(jié)構(gòu)的力學特征桁架結(jié)構(gòu)及其力學特征,板殼結(jié)構(gòu)及其力學特征,實體結(jié)構(gòu)及其力學特征.第三節(jié)焊接結(jié)構(gòu)實例分析橋梁,焊接容器,機床機身,旋轉(zhuǎn)體,薄板結(jié)構(gòu)等.第六章焊接結(jié)構(gòu)的脆性斷裂第一節(jié)

金屬材料的脆性斷裂第二節(jié)

脆斷事故及研究脆斷的意義,脆斷的形態(tài)特征及影響因素,脆性斷裂的能量理論,材料斷裂的評定主意.第二節(jié)焊接結(jié)構(gòu)的特點及其對脆斷的影響剛度大,整體性強的特點,焊接結(jié)構(gòu)發(fā)明工藝特點第三節(jié)焊接結(jié)構(gòu)抗開裂性能與止裂性能的評定主意脆性斷裂的產(chǎn)生,擴展與停止,焊接接頭抗開裂性能實驗,止裂實驗.第四節(jié)預(yù)防焊接結(jié)構(gòu)脆性斷裂的措施準確選材,采用合理的焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計,用斷裂力學主意評定結(jié)構(gòu)安全性.第七章焊接接頭和焊接結(jié)構(gòu)的疲勞強度第一節(jié)材料的疲勞斷裂研究的意義,疲勞斷裂的過程和斷口特征,疲勞限和疲勞強度的表示法.第二節(jié)焊接接頭疲勞強度的計算第三節(jié)斷裂力學在疲勞裂紋擴展研究中的應(yīng)用裂紋的亞臨界擴展,疲勞裂紋擴展特性,疲勞裂紋擴展壽命的估算.第四節(jié)影響焊接接頭疲勞強度的因素和改進措施應(yīng)力擴散的影響及降低應(yīng)力擴散的措施,近縫區(qū)金屬性能變化的影響及材料機械性能的改善,殘余應(yīng)力的影響及殘余應(yīng)力場的調(diào)節(jié),缺陷的影響及異常保護措施.第八章焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計第一節(jié)焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計的普通原則焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計的普通思路,焊接結(jié)構(gòu)的合理性分析,結(jié)構(gòu)強度,發(fā)明工藝及經(jīng)濟性等,焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)注重的問題.第三節(jié)

焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計實例：焊接機身,壓力容器,薄板結(jié)構(gòu)等.本課程的基本要求是：1、了解和控制焊接熱過程的分析和計算主意；2、了解焊接應(yīng)力和變形產(chǎn)生的緣故及調(diào)節(jié)和控制應(yīng)力與變形的主意；3、控制焊接接頭承載能力的計算主意；4、了解焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)注重的問題。三、課程負責人示范性教學設(shè)計1.

內(nèi)容體系（1）教學定位本課程是焊接技術(shù)與工程專業(yè)的一門專業(yè)課程，又是一門多學科并且學科交錯的課程。需要結(jié)合先修課程，如理論力學、材料力學、金屬力學性能、金屬學及熱處理等知識，加深對本課程的理解和控制。通過本課程的學習，為今后從事焊接技術(shù)與工程等方面的工作和研究奠定須要的基礎(chǔ)。（2）知識點與學時分配一．焊接結(jié)構(gòu)力學總論2學時焊接結(jié)構(gòu)概述推薦焊接結(jié)構(gòu)的特點、焊接結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍、結(jié)構(gòu)焊接性分析二．焊接的熱場與流場13學時焊接的熱場與流場基本原理，包括電弧焊熱過程概述、焊接熱源、傳熱的基本原理、焊接熔池的數(shù)學模型；焊接整體溫度場，瞬時固定熱源溫度場，延續(xù)移動熱源作用下的溫度場，高斯分布熱源作用下的溫度場；焊接熱循環(huán)及其主要參數(shù)，焊接熱循環(huán)參數(shù)的計算，多層焊接時的熱循環(huán)，焊接熱循環(huán)對母材的影響；熔化區(qū)域的局部熱作用，熱平衡與熱源密度，電極的加熱與熔化；其它焊接過程的溫度場。三．焊接應(yīng)力與變形14學時本課的核心內(nèi)容推薦內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生，熱應(yīng)變與相變應(yīng)變；焊接應(yīng)力與變形的形成過程，包括容易桿件的應(yīng)力與變形，不勻稱溫度場作用下的應(yīng)力與變形，焊接引起的應(yīng)力與變形；焊接殘余變形內(nèi)容有焊接殘余變形的分類，縱向收縮變形及其引起的撓曲變形，橫向收縮變形及其引起的撓曲變形，角變形，其它變形；焊接殘余應(yīng)力部分包括，焊接殘余應(yīng)力的分布，焊接殘余應(yīng)力的影響，殘余應(yīng)力的測定與調(diào)節(jié)；減小焊接殘余應(yīng)力與變形的措施。本部分內(nèi)容完成后，進入焊接力學實驗部分，該部分包括a.焊接變形的測試與校正，b.焊接殘余應(yīng)力與測試四．焊接接頭4學時本部分內(nèi)容包括焊接接頭的不勻稱性及其力學行為、焊接接頭的工作應(yīng)力分布和工作性能、應(yīng)力擴散、電弧焊接頭工作應(yīng)力分布和工作性能、焊接接頭強度計算。五．焊接結(jié)構(gòu)的脆性斷裂4學時本部分推薦的知識有：金屬材料的斷裂及其影響因素、金屬材料的斷裂形態(tài)特征、影響金屬脆斷的主要因素、金屬材料脆斷的能量理論、材料斷裂的評定主意、改變溫度法、斷裂力學主意、焊接結(jié)構(gòu)的特點及其對脆斷的影響、焊接結(jié)構(gòu)抗開裂性能與止裂性能的評定主意、脆性斷裂的引發(fā),擴展和停止、焊接結(jié)構(gòu)的兩種設(shè)計原則、抗開裂性能實驗、止裂實驗，預(yù)防焊接結(jié)構(gòu)脆斷的措施，斷裂力學評定安全性。六．焊接接頭和結(jié)構(gòu)的疲勞強度4學時本部分內(nèi)容是比較重要的，密切與實際工程相聯(lián)系，講解的重點在疲勞斷裂過程和斷口特征，焊接結(jié)構(gòu)的疲勞限表示法，焊接接頭疲勞強度計算；斷裂力學在疲勞裂紋擴展研究中的應(yīng)用，裂紋的亞臨界擴展，疲勞裂紋擴展特性da/dN-⊿K曲線；疲勞裂紋擴展壽命估算；影響焊接接頭疲勞強度的因素，應(yīng)力擴散的影響，近縫區(qū)金屬性能變化的影響，殘余應(yīng)力的影響，缺陷的影響；提高焊接接頭疲勞強度的措施，包括降低應(yīng)力擴散，調(diào)節(jié)殘余應(yīng)力場，改善材料的機械性能，異常措施。2.

教材的挑選《焊接結(jié)構(gòu)》田錫唐主編機械工業(yè)出版社《焊接熱效應(yīng)》D.拉達伊著機械工業(yè)出版社1997（輔助）《焊接熱過程計算》H.H.雷卡林著中國工業(yè)出版社（輔助）3.

課程的講授（1）重點及難點焊接熱循環(huán)參數(shù)的計算，多層焊接時的熱循環(huán)，焊接熱循環(huán)對母材的影響；熔化區(qū)域的局部熱作用，熱平衡與熱源密度，電極的加熱與熔化；焊接應(yīng)力與變形的形成過程，焊接殘余應(yīng)力的影響；焊接結(jié)構(gòu)的特點及其對脆斷的影響；焊接結(jié)構(gòu)的疲勞限表示法，影響疲勞強度的因素，即應(yīng)力擴散的影響，近縫區(qū)金屬性能變化的影響，殘余應(yīng)力的影響。（2）課程中應(yīng)該注重的授課主意首先需要結(jié)合先修課程，如理論力學、材料力學、金屬力學性能、金屬學及熱處理等知識，加深對本課程的理解和控制；第二要結(jié)合大量典型詳細工程實例，例如KM6工程,“神舟”號飛船返回倉發(fā)明過程中的焊接應(yīng)力與變形控制等，協(xié)助學生加深理解理論知識，同時提高學習熱烈和興趣。4.

作業(yè)等按照教學進度和學生理解情況，針對重點和難點部分向?qū)W生布置約5次作業(yè)，以此了解學生對所學內(nèi)容的控制情況，及時發(fā)現(xiàn)和解