应力应变、疲劳与脆断、断裂力学
工程力学材料力学
工程力学材料力学工程力学材料力学是研究工程材料在外力作用下的变形、破坏和稳定性等力学性能的学科。
它是工程力学的一个重要分支，对于工程结构的设计、施工和运行具有重要的理论和实际意义。
本文将从材料力学的基本概念、应力、应变、弹性模量、屈服强度、断裂韧性等方面进行介绍。
首先，材料力学是研究材料在外力作用下的力学性能的学科。
在工程实践中，材料力学是工程设计和材料选择的基础。
材料力学的研究对象包括金属材料、非金属材料、复合材料等，其研究内容涉及材料的强度、刚度、韧性、疲劳性能等。
其次，应力是材料内部的分子间或原子间的相互作用力。
在外力作用下，材料内部会产生应力，应力的大小和方向决定了材料的变形和破坏行为。
应变是材料在外力作用下的变形量，它是单位长度的变形量。
弹性模量是材料的刚度指标，它表示了材料在受力后的变形能力。
屈服强度是材料在受力过程中开始产生塑性变形的临界应力值。
断裂韧性是材料抗裂纹扩展的能力。
材料力学的研究对于工程结构的设计、施工和运行具有重要的理论和实际意义。
在工程设计中，需要根据材料的力学性能选择合适的材料，并进行结构的合理设计。
在施工过程中，需要根据材料的力学性能确定施工工艺和施工方法。
在结构运行过程中，需要对材料的力学性能进行监测和评估，确保结构的安全可靠。
总之，工程力学材料力学是工程力学的重要分支，它研究材料在外力作用下的变形、破坏和稳定性等力学性能。
通过对材料力学的研究，可以为工程结构的设计、施工和运行提供理论支持和实际指导。
希望本文的介绍能够对读者有所帮助，增进对工程力学材料力学的理解和认识。
应力应变、疲劳与脆断、断裂力学
久 强 度 ［ ］ Ｓｌ ｅ ． ／ ｌ．ａｄ Ｃ ｔ 英 ／ ｅｉ ｒＰ …／ Ｗｅ ｇ ｄ ｎ ｕｔ ．一２ ０ ， ０ ２
（ ） 一１４—１９ ４． ９ ９
研 究 了 Ｐ １ 管 ， 成 分 （ ） ： ． ．８— ．２ ９钢 其 ％ 为 Ｃ００ ０ １ ，
Ｓ ２ —０． ｉ０． ８，Ｍ ｎ０． —０． ３ ６，Ｐ≤ ０． ０２，Ｓ≤ ０． ０１，ＡＩ ≤ ０． ４ ，Ｃｒ —９． ０ ８ ５，Ｎｉ ０． ＜ ￣ ４，Ｍ ｏ０． ５ — １ ０５，Ｖ ０．１ ８ ． ８—
低 使 用 寿 命 为 ３００ｈ 这 可 能 就 是 所 有 试 样 沿 热 影 响 ０ ，
用反应堆壳体 的焊接接 头进行 了研究 ， 以确定壳
体 制 造 时 一 ． 焊 后 热 处 理 和 运 行 过 程 中 低 温 时效 ６ｏ ９ 的影响。基于按 Ａ Ｔ ２２ Ｓ Ｍ Ａ ６ Ｅ改 进 标 准 的 试 验 结 果 ，
维普资讯
头晶界应 力腐 蚀开 裂 特性 ［ ］Ｈａ ｄ ． ／ ｔ 英 ／ ｍａａ１ …／ Ｍｅ ．
ａ ｄＭｅａ ． ｒ ｓ Ａ．一２ ０ ３ ９） ｎ ｔｒ Ｔａ ． ｎ ０ ２，３（ ．一２９ ７—２ ９ ９ ０ １
狭窄热影 响区下 的 １４ ／ 。在所 选择 的加载 条件 下 ， 最
焊 接 接 头 的 强 度
２ ０３ ８ 电弧 超 声 对 焊 接 接 头 冲 击 韧 性 影 响 的 研 ０６ ０ ８
且经 ４ｈ等离子 渗铬及后续热 处理后 ， 材料 的拉伸 强 度提高更显著。图 ６表 ２参 ６
２ ０ ３９ Ｊ ＯＥ直 缝 埋 弧 焊接 钢 管 拉伸 性 能 中 的包 ０６ ０ １ Ｃ
３ ６不锈钢 的焊缝金 属具 有对该 种开 裂的免疫 力 ， １ 根
应力应变、疲劳与脆断、断裂力学
综 合 分 析 了焊 条 电弧 焊 焊 接 过 程 中 的 预热 温 度 、 热 处 理 温 度 、 接 热 输入 等主 要 工 艺 因 素 以 及 焊 接 材 焊
料对 Ｔ １ Ｐ ｌ 焊 缝性 能 的影 响 。图 ４表 ４参 ７ ９／ ９ 钢
部 位 置 分 别 取样 ， 用 焊接 热 模 拟 方 法 ， 过 夏 比冲 采 通 击 吸收 功 测 定 、 微 组 织 及 晶粒 度 观 察 ， 别 研 究 了 显 分 取样 位 置 、 输 入 、 次 焊 接 热 循 环 等 因 素 对 连 铸 钢 热 多 中心 冲 击 韧 度 的影 响 。试 验 结 果 表 明 ， 心 偏 析 恶 化 中 了连 铸 钢 中 心部 位 冲击 韧 度 ， 接热 循 环 参 数 对 冲 击 焊
２ ０ ２ ７ Ａ ・ ｎＭｇ合 金 焊 接 接 头 性 能 分 析 ／ ０ ７ ０２ Ｉ － Ｚ 李 周 … ／ 理 化检 验 一 理 分 册． ２ ０ ， ２ ８ ． ３ ６ ３ ８ ／ 物 一０ ６ ４ （ ） 一８ ～ ８
２ ０ ２ ７ 焊 接 热 循 环 对 连 铸 钢 中心 冲 击 韧 度 的 影 ０ ７０ ６
方 法／ 陈怀 宁… ／ 焊 接学 报．２ ０ ，７８ ．２ ～３ ／ 一０ ６ ２ （）一７ ０
压 痕 应 变 法 作 为 近 年 来 出现 并 已 得 到 工 程 应 用
２ ０ ２７ ０ ７０ ４
Ａ 合 金 堆焊 层 的 高 温热 腐 蚀 行 为研 究／ Ｉ
的一 种 新 型 残余 应 力 测 量 技 术 ， 在 受 到 日益 重 视 。 正 目前 通 过应 变增 量 计 算 残 余 应 力 的 方 法 仍 然 是 通 过 事 先试 验 标 定 ， 量 超 强 或 低 强 匹配 焊 缝 中 的残 余 应 测 力 时采 用 的仍 然 是 母 材 的 标 定 系 数 ， 而 会 带 来 严 重 因 误 差 。 首先 对 压 痕 周 围 物 理 变形 场进 行 了 相应 分析 ， 继 而提 出一 种 计 算 焊 缝 残余 应 力 的近 似修 正方 法 ， 从
应力应变、疲劳与脆断、断裂力学
应 力应 变 、 劳与脆 断 、 疲 断裂力 学
２０４６ Ｘ ０管 线 钢 焊接 接 头 Ｓ Ｃ 研 究 及 数 值 模 ０７０ ７ ８ ＳＣ 拟 ， 炳 英 … ， 接 学 报 ． ０ ７２ （）７ ～７ 王 ， 焊 。 ０ ，８ １ ：３ ６ ２
的钝 化 区间 较 长 ， Ｈ １ 液 中 的 钝 化 区 间 很 短 暂 ， 在 Ｃ溶
Ｍ ａ， Ｐ ） 同时对焊缝金属的低温韧性影响不大 ； 小于 １ １ ． ｗ％的铜在不降 低焊 缝金 属低 温冲击 韧性 的前 提下 ｔ 能有效地提高强度 。图 ６表 ３ １ 参 ４ ２０４６ 表 面纳米 化 ０ ｒ８ ＇Ｔ 焊接 接头抗 应 力 Ｏ７Ｏ ６ Ｃ ｌＮ ｉ Ｏ 腐蚀性能， 王志平 …， 接学报 ． ０７ ２ （）５— ， 焊 ． ０ ，８ １ ： ８ ２ 采用 超音速微 粒轰击 （ｕｅ ｏｉ ｐｒｃ ｓｂｍ ａ — ｓｐｒ ｎ ａ ｉｅ ｏ ｂｒ ｓ ｃ ｔｌ ｄ ｉ ｎ 技 术 对 ０ ｒ８ ｉ ｉ Ｃ ｌＮ９ 不锈 钢焊 接 接 头表 面 进 行 处 Ｔ 理， 利用金 相显微镜 和透射电镜对材 料表面 的微观组 织进行 分析 ， 利用恒载荷应力腐蚀装 置测量 了表 面 并 处理后焊接接 头抗 应力腐蚀情况 。结果表 明 ， 经超 音 速微粒轰击处理 ， 样品表 层以下 印 舯 区域 的晶粒细
纹 尖 端 应 力 场 分 布 和 氢浓 度 的 分 布 特 征 。结 果 表 明 ，
焊缝根部 ，对管子 与管板 连接失 效 影 响较 大。相邻 两换热 管 之 间，由于后 面 换热 管 的焊 接 加 热作 用 ，
热影响 区的 蛾 最 小 ， 纹扩展 速率最 大， 有较差 裂 具 的抗应力腐蚀开裂 的能力 ， 应力腐蚀试验 结果与有 其
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表 明 ， ｅＡｌＱ２ ５扩 散 焊 界 面 断 裂 位 置 靠 近 Ｆ 。 Ｆ。 ／ ３ ｅＡｌ
一
得 结 果 可 以进 行 残 余 应 力 预测 。 图 １ Ｏ参 ６
侧， 剪切断 口为解理 断裂 ， 随少 量 的韧性断裂 特 伴
２ ０ ５ ８ 管 对 接 全 位 置 焊 应 力 应 变 场 三 维 有 限 元 ０６ ０ ０
采 用 脉 冲 弧 焊 或 电 子 束 焊 对 热 输 入 的 限 制 能 够 避 免 形 成 具 有 不 良组织 的 脆性 段 ， 保 证 使 宇 航 技 术 设 备 并
的零 件 在 广 泛 温度 范 围 （０ ０ 的极 端 运 行 条 件 ２ ￣５ ０Ｋ） 下 获 得 满 意 的 破 坏 强 度 和 破 坏 韧 性 。工 业 试 验 和 在
紧密 、 切 强 度 １ ２ ３ＭＰ 剪 １ ． ａ的 Ｆ ３ ／ ３ ｅＡ１Ｑ２ ５接 头 。 图 ３表 ２参 ７
７ ８ ６， ４
基 于有 限 元 分 析 软 件 ＡＮＳ Ｓ 对 Ｓ ３ ９ Ｙ ， Ａ３ ５Ｐ １钢 管 全 位 置 对 接 打 底 焊 温 度 场 和 应 力 应 变 场 进 行 了 三 维 数 值 模 拟 。建 立 了 焊 接 瞬 态 温 度 场 和 应 力 应 变 场
［ ］ Ｊａｙ ． ．／ Ｂｏ Ｔｃａ Ｋ． ２０ ， ３ ． 俄 ／ｌ６ｐＴ Ｍ ／ Ａ Ｔｍ ．Ｂｐａ 一 ０ ３ （ ） 一
２ ６～ ３ Ｏ
焊 接 残余 应 力 和 变 形 之 间 存 在 着 确 定 关 系 ， 者 二
可 通 过 焊 接 过程 中产 生 的 非 协 调 应 变 联 系 起 来 ， 究 研
通 过 改 善 晶 体 和 晶 粒 边 界 的 组 织 状 态 可 以实 际 控制 １２ 和 １６ ４１ ４０铝 锂 合 金 焊 接 接 头 的 强 度 和 韧 性 。
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应 力应 变 、 疲劳 与脆 断 、 断裂 力学
２０ ５ ７ 局 部 加 热 冷 却 法 对 水 轮 机 转 轮 焊 接 残 余 ０７ ００
应 力 场 的 影 响 ／ 书 得 …／ 焊 接 学 报 ．２０ ，８ ２ ： 姬 ／ 一０ ７ ２ （ ）
７ １～ ７ ４
汉 诺 威 激 光 中心 （ 国 ） 事 提 高 纯 钛 和 钛 合 金 德 从 焊 接 接 头 强 度 方 面 的 设 计 工 作 。 为 此 确 立 了改 善 焊
缝 金 属 和 热 影 响 区显 微 组 织 以及 减 小 焊 缝 宽 度 的 课
题 ； 果 将 在 保 持 甚 至 提 高 强 度 的情 况 下 提 高 金 属 的 结
塑 性 。这 个 目的 拟 采 用 激 光 焊 接 头 经 机 械 加 工 和 热 处 理 来 达 到 。在 夹 具 和 焊 接 机 头 中 ， 采 取 有 效 措 施 将 来 防 止 所 焊 接 头 受 大 气 作 用 。设 计 所 得 结 果 将 直 接
ａ ｄ Ｃｕ ｔ 一 ０ ５ １ ： １ １ ｎ ｔ．２ ０ （ ） １ ～ ２
给 出 了有 关 气 密 试 验 的一 般 概 念 的 定 义 ： 定 这 规 种试 验被 测 量 所 用 的 漏 泄 量 、 泄 部 位 和 计 量 单 位 。 漏 列 出 了 １ 气 密试 验 方 法 的 被测 量 的 范 围 和 使 用 领 ３种
２０ ５ ７ 分 段 焊 影 响 转 轮 焊 接 残 余 应 力 的 试 验 分 ０７０２ 析 ／ 书 得 … ／ 焊 接 学 报 ．２ ０ ，８ ３ ：０ ～ １ ４ 姬 ／ 一０ ７ ２ （ ） １ １ ０
中小 企 业 并 不 总 是 拥 有 材 料 全 面 试 验 的 条 件 ， 因
应力应变、疲劳与脆断、断裂力学
元模拟／ 蒋文 春…／ 压力 容器 ． ０６２（）一５ ８ ／ 一 ０ ，３５．２ ￣２ ２
半 圆 管 夹套 设 备 最 常 见 的 问题 是 夹 套 焊 接 部 位
开 裂 引 起 泄 漏 。焊 接 残 余 应 力 是 重 要 的影 响 因 素 之
一
崔 晓 芳 … ／焊 接 学 报 ．２ ０ ，７８ ．５ ／ 一０ ６ ２ （ ）一～８ 基 于 遗传 算 法 原 理 ， 立 了 箱 型 结 构 热一 耦 合 建 机
由于 认 为 焊 缝 存 在 加 热 过 程 和 忽 视 熔 化 现 象 的
存 在 ， 致 传 统 观 点 认 为 的 焊 缝存 在 压 缩 塑 性 应 变 的 导
错 误 。传 统 观 点 尚不 能 解 释 液 化 裂 纹 出 现 于熔 合 线
经过 了消 失 和 逐 渐 恢 复 的 过 程 ． 数 值 最 终 几 乎 不 其
。
利用有 限元 软件 Ａ Ａ Ｂ ＱＵＳ 开 发 了一 个 顺 次 耦 ，
合 的焊 接热 应 力 计 算 程 序 ， 论 坡 口形 式 、 输 入 、 讨 热 半
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貌为 主。图 ５表 ５参 ６ ２ ０ ５ ８ 刹车减速 度对摩 擦焊接头韧 性 的影 响／ ０８０３ 朱
图１ ４ ３ 表 参
２ ０ ５ ８ ６ ６ ０ ８ ０ ０ ０ １铝合金平 板对接 焊接接 头拉伸 性能 海 …／ 热加工工艺．２ ０ ，７ ９ ：５ ７ ／ 一０ ８ ３ （ ） ７ ￣７
头组织与基体相同 ， ７ 由 ＋７网状组 织和少 量碳 化物
接头 ９０℃持 久强 度超过 １８ＭＰ ， 到基体 ８ ２ ａ达 采用柯尔莫哥 洛夫 一斯米尔诺夫检验 法（ ＿ Ｋ Ｓ检 组成 ， ０ Ｌ 验法）对 ｌＣ Ｎ３ Ｖ钢埋 弧焊 接 头的冲击 吸收功 强度 的 ８ 以上 。Ｔ Ｐ扩散焊接 头经过高 温长时 间 ， Ｏｒ ｉ Ｍ０ 接头室温、 高温抗拉强度与基体更 接近 ； 室温 （ ） Ａｈ 的概率分布进行 了研 究 。结果 表 明， ｈ Ａ 的概率 使用后 ， 高温抗拉断 口以韧窝形 统计 分布为正 态 分 布 ， 应 可靠 度 为 ０ ９ ０ ９ ５和 抗拉断 口以准解理形貌为主 ， 对 ． ，． ７
并 在焊后按母材 热处理制度进行 固溶 时效处理 ， 可获
专为 Ｄ ３ Ｄ 设计的Ｘ ４ Ｈ Ａ中间层合金， Ｄ ３ 对 Ｄ 进行了 模拟的方法对熔焊接头的应力和应变进行了分析和
中不可 能存在残余压缩塑性变形 ， 从而对消 除残余应
力 的方法进行 了重 新论 述 。为 了分 析关于 焊缝 和近 缝 区纵 向残余应力及 纵 向塑性应变 的分 布 。 用数值 采
为 了实现 Ｄ ３ 晶合 金 叶片 的优质 连接 ， 用 Ｄ 单 采 Ｔ 扩散焊试验 。在 １ ４ 】 ０℃／ 的规范下扩散焊 ， ２ ４ｈ
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接 头热影 响区冲击试样 的冲击 吸收能 量与断 口剪 切
面积基本成 线性 比例关系 ， 冲击 吸收能量越 高 ， 切 剪
面积越 大 。焊接接头热影 响 区冲击试 样的断 口由韧
性 区、 性 区和韧脆混合 区组 成 。脆性 区为 解 理 断 脆
Ｈ ｓ应力腐蚀 开裂性能／ ： 郭志军 …／ 材料保 护．２ ０ ， ／ －０ ９
材料在 Ｈｚ Ｓ介质 中的 临界应 力强 度 因子 Ｋｍｃ ３ 值 ８
ＭＰ ｍ ， ａ・ 对 － 有 一 定 的敏 感 性 ， 为 用 该 材 料 ｃ 认
钢焊条 还是 Ｉｃｎ１ ２ 基焊 条 ，Ｃｒ８ ９ ２ ｎｏ ｅ８ 镍 Ｏ １Ｎｉ／ Ｏ钢 和 ｉ ｒＭｏ ２ 钢焊接接 头中最大 的轴 向残余应 力 和环 Ｃ Ｓ ／０
能， 与基 材 附 着 良好 且 硬 度 高 。与 聚 氨 酯 涂 层 Ｐ 相 Ｕ
２ １ １６ Ｘ Ｏ管线钢焊接 接 头热 影响 区的 冲击 性 ０ ０ ０６ Ｔ
能／ 卫 平 … ／ 理 化 检 验 ： 理 分 册 ．２ ０ ， ５ ５ ： 蔺 ／ 物 一０ ９ ４ （ ）
２３ ２６ ７ ～ ７
利 用 附 着 力 及 铅 笔 硬 度 测 试 、 泡 试 验 、 雾 试 浸 盐
验、 电化学试验 等方 法对 Ａ ９Ｄ镁 合金 表 面的 聚氨 Ｚ１ 酯涂层及 环氧聚氨酯涂层形貌和性能进行 了研究 ， 并 对二种涂层的腐蚀 保 护效果及机理 进行 了探 讨 。结 果表 明， 这二种涂层都 能显著提高 镁合 金的 耐腐蚀性
７ ６
罐， 由于液体烃 中常含 有水分和硫 化氢 ， 材料在湿 该 硫化氢环境 中 的耐 蚀 特性 尚不明确 。对采 用 回火焊 道 的焊接接 头 ， 经恒 负 荷拉伸 、 应 变 、 接 约束试 恒 焊
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／ 石油 化 工 设 备 ．２ ０ ，６ ６ ：９ １ ／ －０ ７ ３ （ ） ３ ￣４
料， 通过采用一 定 的焊接工 艺措施 Nhomakorabea， 证 了焊接 接头 保
达到母材 ２ Ｍｎ ０ Ｍｏ材料使 用性能 的要 求 。图 ６表 ７
参９
对 Ｔ －． ｗ 合 金 管 焊 缝 的耐蚀 性 能 进行 了研 ａ２ ５
相 比， 焊核区的硬度分 布较均匀 ， 化幅度 小 ， 变 拉伸试 ２０ ３ ５ 正交试验在 焊接 工艺 评定 中的应用／ ０８０９ 曹 军…／焊接．２ ０ （２ ： ７ ０ ／ 一０ ７ １ ）４ ～５
验大都断裂在接 头热影响区处 ， 接头 的抗拉强度可达
母材的 ７ ％左 右 ， 现出 了较好 的 力学 性 能 。试验 Ｏ 表
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伸性 能 测 试 。在 此 基 础 上 ， 于 人 工 神 经 网 络 基
件， 接头质 量稳定 ， 度 随焊 接 电流增 大 逐 渐 提 高 。 强
（ Ｎ 原理对影 响 ＴＡ１ Ａ Ｎ） ５钛合 金 ＴＩ Ｇ焊接 头拉 伸性 能 的主要参数进 行 了选取 ， 确定 ＡＮＮ 的输入 和输 出
后， 又开始逐渐减 小 ； 板材表 面清理状 态 对接 头的质
值模拟／ 汤
洁…／ 焊 接．２ ０ １ ）４ ￣４ ／ －０ ７（ １ ：１ ４
利用 有限元法 ， １ Ｍｎ 钢焊接接 头多 次补焊 对 ６ Ｒ
为了减少项 目前期 焊接试验 的工作量 、 降低 项 目 研制成本 、 缩短研 发周期 并 科学 安排 试验 ， 应用 正 交 试验设计 法合理安排 Ｑ３ ５ ４ Ｄ钢板 的焊 接工艺评 定试 验， 并用数理统计方法分析 了各焊接参数对 焊缝质 量 产生影响 的主次顺序 ， 预测 了更优的工艺参 数的选 取
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拉伸后波状界面发生了分离。
图4表2参13应力应变、疲劳与脆断、断裂力学20084061 基板材料对QFP焊点应力应变影响的数值模拟/张 亮…//焊接学报.22008,29(1):35～39采用粘塑性有限元法,针对三种不同基板材料,对Sn3.8Ag0.7Cu焊点的应力及应变进行分析。
结果表明,F R24基板对应焊点的最大应力集中在焊点最内侧的尖角处;L TCC基板对应焊点的最大应力集中在焊点最外侧的尖角处;P TF E基板对应焊点的最大应力集中在焊点和引线交界的尖角处。
三种基板材料中,F R24基板对应焊点的残余应力最小,L TCC 基板对应焊点残余应力最大,PTF E基板对应焊点居中。
运用Anand方程计算得出Sn37Pb钎料的分析结果和Sn3.8Ag0.7Cu钎料对应的结果具有相同的规律。
对基板厚度进行的优化模拟计算结果表明,基板厚度为0.8mm时对应焊点的残余应力最大。
图10表2参920084062 N b对镍基合金高温失塑裂纹敏感性的影响机理/唐正柱…//焊接学报.22008,29(1):107～112通过应变2裂纹(S TF)试验法测定临界开裂应变值和开裂温度,确定HS690焊丝中Nb含量对熔敷金属抗高温失塑裂纹(DDC)能力的影响规律,并采用透射电镜对焊丝熔敷金属中析出物的尺寸和形态进行了观察。
结果表明,在焊接工艺条件相同的情况下,采用向HS690焊丝中添加Nb的冶金方法能够调整晶界处第二相(Nb,Ti)C的数量和形态,晶界条件得到改善,HS690熔敷金属抗DDC的能力得到明显的提高。
图6表3参320084063 双丝焊铝合金平板残余应力梯度超声波法建立/路 浩…//焊接学报.22008,29(2):61～64在假设无限小波叠加在各向同性变形弹性体基础上,推导了超声波法应力测量的理论基础声弹性方程,特殊条件下简化出临界折射纵波声弹性方程。
建立了超声波法焊接残余应力测量系统,选用对应力敏感的临界折射纵波作为测量波形,对20mm厚X坡口双丝焊对接2219铝合金平板纵向残余应力场梯度进行了测量,获取了纵向残余应力场引起的声时差信号分布,用M R软件计算了铝合金残余应力场纵向应力的分布,与声时差信号的趋势进行了对比,趋势符合。
材料力学基本概念
材料力学基本概念材料力学是研究材料受力和变形规律的一门学科，它是现代工程学和科学研究中不可或缺的基础学科之一。
材料力学的基本概念包括应力、应变、弹性模量、屈服强度、断裂韧性等。
本文将从这些基本概念入手，对材料力学进行简要介绍。
应力是材料内部单位面积上的受力情况，通常用σ表示。
应力分为正应力和剪切应力两种。
正应力是垂直于截面的应力，而剪切应力是平行于截面的应力。
应力的大小可以通过受力面积来计算，是描述材料受力情况的重要参数。
应变是材料在受力作用下产生的形变，通常用ε表示。
应变也分为正应变和剪切应变两种。
正应变是材料在受力作用下产生的长度变化与原始长度的比值，而剪切应变是材料在受力作用下产生的形变角与原始形变角的差值。
应变是描述材料变形情况的重要参数。
弹性模量是描述材料在受力作用下的变形能力的物理量，通常用E表示。
弹性模量越大，表示材料的刚度越大，抗变形能力越强。
弹性模量是材料力学中的重要参数，对于材料的选择和设计具有重要意义。
屈服强度是材料在受力作用下开始产生塑性变形的应力值，通常用σy表示。
超过屈服强度后，材料会产生塑性变形，而不再能够完全恢复原状。
屈服强度是材料抗塑性变形的重要参数，对于材料的强度设计具有重要意义。
断裂韧性是描述材料抗断裂能力的物理量，通常用KIC表示。
断裂韧性越大，表示材料抗断裂能力越强。
断裂韧性是材料力学中的重要参数，对于材料的耐久性和可靠性具有重要意义。
综上所述，材料力学的基本概念包括应力、应变、弹性模量、屈服强度、断裂韧性等。
这些基本概念是材料力学研究的基础，对于材料的选择、设计和应用具有重要意义。
通过对这些基本概念的理解和掌握，可以更好地应用材料力学知识，为工程实践和科学研究提供有力支持。
希望本文能够对材料力学的学习和应用有所帮助。
应力应变、疲劳与脆断、断裂力学
高于一Ｏ℃的环境温度下不会发生脆断 。 ３ ５ Ｄ钢母 ７ Ｑ ４ｑ 材 的转脆温度 为一２℃； ４ 两种钢材 焊缝 的 Ｃ ＯＤ性能 Ｔ 相近 ， 转脆温度为一４℃； Ｔ ２ Ｃ ＯＤ性能可作为修 订常规
参 ７
影 响 区 中萌 生 ， 是 全 部 从 熔 核 边 缘 处 开 始 ； 余 应 而 残
力 的 降低 使 得 疲 劳 裂纹 扩 展 的驱 动 力 减 小 ． 头 的 疲 接
劳强 度提 高。图 ７ ｌ ８ 表 参 ２ ０ ２ ８ 熔合线 上含 裂纹 焊接接 头裂 端场 及其 断 ０６ ０ ３
为 了解 铁 路 钢 桥 构 件 材 料 的 弹 塑 性 断 裂 韧 性 性
能 ， 常用桥 梁钢—— Ｑ ７ｑ 对 ３ Ｏ Ｅ和 Ｑ ４ ｑ 钢 的 各 种 ３５Ｄ
从 焊 接性 和焊 接接 头 使 用性 能 两 个 方 面人 手 ． 结
合 焊接接头 的硬度 、 拉伸 和 冲击韧度 的测 试． Ｘ ０ 对 ８ 管线钢的焊接性能进行 了试验分析 。结果表 明， 焊接 热影响区的性能发生了较大变化 ， 中粗晶区出现硬 其
２ ０２ ８ 海 底 管 线 焊 接 接 头 腿 ０６０２
曲 线 的试 验 研 究／
邓 彩 艳 … ／ 焊 管 ．２ ０ ，８ ４ ．２ ￣ ２ ／ 一０ ５ ２ （） 一３ ６
压 力对 铝 合 金 电 阻 点 焊 接 头 中 残 余 应 力 和 接 头 疲 劳
行 为 的影 响 。结 果 表 明 ． 用 锻 压 力 显 著 降 低 了 熔 核 采 边 缘 外部 热 影 响 区 中 的残 余 应 力 ， 劳 裂 纹 不 再 从 热 疲
应力应变、疲劳与脆断、断裂力学
应 力 分 布状 态 的局 部 加 热 法 ， 在 利 用 平 板 试 验 得 到 并 局 部 加 热合 理位 置 的基 础 上 ， 用 局 部 加 热 法 对 某 水 利 电站 转 轮 的焊 接 残 余 应 力 场 进 行 了 调 控 。结 果 表 明 ，
对 于 ５ ０ｍｍ￣５ ０ｍｍ￣１ ０ ０ ６ｍｍ 的 平 板 ， 部 加 热 法 局
降低残余应力效果最好 的位置是 在距 加热 区域边缘
约 ６ 处 ； 部 加 热 法 可 以 使 叶 片 的危 险 区 域 产 Ｏｍｍ 局
了近年来 国内外接头动态力学性能研究的现状 ， 出 指
应 变 率 、 度 、 构 等 因 素 对 接 头 动 态 力 学 性 能 具 有 温 结
显 著 影 响 ； 绍 了 目前 接 头 动 态 力 学 的 试 验 技 术 ， 介 以 及 接 头 动 态失 效判 据 的应 用 情 况 。参 ２ ４
对 三 种 不 同 振 动 加 速 度 （ 、． Ｏ ０ ３ｇ和 ０ ６ｇ 下 的 ． ）
焊 缝 金 属 进 行 动 态 力 学 性 能试 验 ， 果 发 现 ： 动 可 结 振
பைடு நூலகம்
以 明显 改 善 焊 缝 金 属 的 储 能 模 量 ； 振 动 加 速 度 为 在
０ ６ｇ的情 况 下 ， 缝 金 属 内耗 和 储 能 模 量 最 大 ， 过 ． 焊 通 对 内耗 峰 进 行 分 析 发 现 ， 时 焊 缝 金 属 位 错 发 生 再 分 此
发生喷溅时 ， 电极 位 移 曲线 出 现 阶 梯 状 畸变 ， 利 用 可
布 ， 错 的 缠结 最 严 重 ， 刚度 最 佳 ； 振 动 加 速 度 较 位 其 在 小 情 况 （． ） ， 缝 金 属 位 错 没 有 发 生 再 分 布 ， Ｏ ３ｇ 下 焊 其 内耗 和未 振 动 时变 化 不 大 。图 ７参 ４
应力应变、疲劳与脆断、断裂力学
２ ０ ６３ 引 线 间距 对 Ｑ Ｐ焊 点 的 可 靠 性 影 响 的 有 ０８ ０ ３ Ｆ 限 元分 析／ 盛 重 …／ 焊 接学报．２０ ， ９ ５ ： ￣８ ／ 一 ８ ２ （）８ ０ ５ ８
利 用 热 弹 塑 性 有 限 元 方 法 对 薄 壁 铝 简 纵 直 焊 缝
ＴＩ 焊 进 行 了数 值 模 拟 计算 ， 立 了分 析 模 型 ， 量 Ｇ 建 定 地 描 述 了准 稳 态 温 度 场 和残 余 应 力 场 计 算 数 值 以 及 在 整 个 圆筒 上 的分 布 情 况 ， 进 行 了 试 验 验 证 。结 果 并 表 明 ， 接 时 热 源 周 围 极 窄 区域 温 度 高 、 度 大 ， 开 焊 梯 离
／ 者 昌／ 焊 接 学 报 ．２ ０ ， ９ ６ ：３ ７ 王 ／ －０ ８ ２ （） ７ ～ ６
在 焊接 加热 和 冷却 过 程 中 ， 成焊 件 的 小 窄 条 之 组 间不 可 能存 在 完 全 刚 性 拘 束 ， 面 不 可 能保 持 平 面 ， 端 会 分 别 产生 凸 出 和 凹进 ， 截 面 假 设 不 成 立 。 不 用 平 平 截 面假 设 也 可 以 得 到类 似 的 焊 接残 余 应 力 分 布 。 焊 缝 不 存 在残 余 压 缩 塑 性 应 变 。 存 在 拉 伸 应 变 ， 缝 只 焊 和近 缝 区残 余 压 缩 塑 性 应 变 分 布 和大 小 的 传 统 观 点 不 成 立 。提 出新 的 近 似 用 熔 池 最 宽 处 温 度 分 布 表 示
应力应变、疲劳与脆断、断裂力学
弱 阴极 极 化— — 电 势 阴极 从
位 移 ５ ０ｍＶ 条 件 下 ，
型 。利 用 凸焊 工 艺 过 程 分 析 得 到 的 凸 焊 焊 接 温 度 场
以稳 定 的 拉 伸 载 荷 在 Ｎ Ａ 水 中 进 行 了 试 验 。表 ＯＶ
明 ， 电势 为 在 一０ｍＶ 时 ， Ｅ 不 同 ． 试 样 的变 ５ 与 在
分布结果 ， 自由状态 下对 模 型进行 了热 应力 分析 ， 在
获得 了 凸焊 焊 接 热 变 形 和 焊 后 残 余 应 力 的 分 布 情 况 。
形 区产 生 了 由预 先 循 环 载荷 造 成 的 微 裂 纹 ， 们 或 为 它
并结 合 轿 车 车 门焊 接 的 实 际 ． 析 了焊 后 车 门铰 链 的 分 变 形 趋 势 ． 得 了 与试 验 结 果 相 一 致 的 结 论 图 ８表 取
采用热模拟技 术研究 了 Ｘ ０管线钢粗 晶 区组 织 ８ 和低温韧性 的变 化规 律， 论 了冷却 时间、 织 和性 讨 组 能之间的关系 。结果表明 ， 焊接粗 晶区主要 由板 条束
状 贝 氏体 和粒 状 见 氏 体 组 成 当 ｔ 在 ６ ８Ｓ ， ～ 时 粒 状 贝 氏体 含 量 较 多 。 分 割 作 用 使 板 条 贝 氏体 的 方 向 其 性 减弱 ， 板 条更 为 细 小 ； 使 Ｍ— Ａ组 元 星 块 状 ， 寸 较 尺
２ ０ １ ８ 基 于 应 力一 强 度 干 涉 模 型 的 摩 擦 焊 接 头 ０６ ０ ０
寿命 预 测 ／ 继 俊 …／ 焊 接 技 术 ．２ ０ ， ４ ４ ．１ ～ 赵 ／ 一０ ５ ３ （ ）一８
ｌ ９
轴线方向一致 的， 相互垂直线条 系统组成 的网格 。用
应力应变_疲劳与脆断_断裂力学
相互关联。
图7表3参620103067 多丝埋弧焊热影响区冲击韧性分析/张 涵 //焊管. 2009,32(11):46~50热影响区的热循环是决定焊后热影响区组织和性能的重要因素。
以X80级管线钢为研究对象,通过不同焊接热输入下的热模拟试验和实际工艺试验对热影响区的冲击韧性进行了比较,并结合热源的数学模型进行了简单分析。
结果表明,焊接热输入与焊接过程中热影响区的有效热输入存在差别,在进行焊接热模拟试验中,应根据实际工况对试验条件进行修正,以提高试验的准确性和指导性。
最后,给出了实际生产中X80级管线钢热影响区冲击韧性的优化措施。
图8表3参420103068 芜湖长江大桥钢梁焊接接头性能研究/陈 鹏 //电焊机. 2009,39(10):21~23对芜湖长江大桥用钢14M nNbq的焊接接头进行了试验研究。
重点分析了其焊接热输入、层间温度变化对焊接接头-30 冲击韧性的影响,利用光学显微镜和电子显微镜观察接头组织,并分析研究了其中存在的夹杂物及其对焊接接头性能的影响。
结果表明:中小热输入焊接,层间温度在80~200 变化时,焊接接头-30 冲击韧性好;热输入超过40kJ/cm 时,焊接接头冲击韧性明显下降;其中存在大量的硫化物,这些非金属夹杂物数量多,分布极不平均,导致焊接接头低温冲击韧性值离散度大,数值偏低。
表3参320103069 ADB610D钢焊接接头冲击吸收功的统计分布模型/苏 霞 //理化检验:物理分册. 2009,45 (11):669~672通过进行A DB610D钢焊接接头的冲击吸收能量A KV的测定试验及数据采集,建立了确定冲击吸收能量的统计分布模型,经多种数理统计检验,对A KV 的统计分布函数进行了拟合检验。
结果表明:威布尔二参数分布函数是描述A DB610D钢焊接接头冲击吸收功A KV的最佳拟合分布函数。
表3参420103070 DP590GA热镀锌双相钢电阻点焊接头性能/徐士航 //电焊机. 2009,39(10):70~73针对热镀锌双相钢板(DP590GA)电阻点焊接头问题,研究了接头正拉和拉剪强度随焊接电流的变化规律,并与普通双相钢板(D P590)点焊接头试验结果进行了比较,同时结合二种钢板点焊熔核尺寸随焊接电流的变化以及SEM能谱分析得出的熔合区锌残留量情况,分析了影响热镀锌钢板点焊接头强度的主要原因。
材料力学基本内容
材料力学基本内容
材料力学是研究材料在外力作用下的变形、破坏及其力学行为的学科。
它是材料科学的基础学科之一，对于工程领域中的材料设计、制造及使用都有重要的影响。
材料力学中的基本内容包括以下几个方面：
1. 应力与应变：应力是指单位面积上的力，应变是指物体在受力作用下变形的程度。
应力与应变之间的关系可以通过杨氏模量、剪切模量等参数来描述。
2. 弹性力学：弹性力学是研究物体在受力作用下的弹性变形及其恢复性质的学科。
弹性力学理论对于材料的刚度、弹性极限等方面有很好的描述。
3. 塑性力学：塑性力学是研究物体在受力作用下的塑性变形及其力学行为的学科。
塑性力学理论对于材料的塑性极限、材料加工以及金属材料的延展性等方面有很好的描述。
4. 破坏力学：破坏力学是研究物体在受力作用下破坏过程及其力学行为的学科。
破坏力学理论对于材料的强度、破坏形式及破坏机理等方面有很好的描述。
5. 断裂力学：断裂力学是研究物体在受力作用下发生断裂过程及其力学行为的学科。
断裂力学理论对于材料的断裂韧性、断裂过程及机理等方面有很好的描述。
6. 疲劳力学：疲劳力学是研究物体在反复加载下发生疲劳破坏过程及其力学行为的学科。
疲劳力学理论对于材料的寿命、疲劳极限
等方面有很好的描述。
总之，材料力学是一个非常重要的学科，其中涉及的基本内容对于材料科学及其应用领域都有着重要的作用。
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和共 晶组 织 组 成 ， 有 少 量 的 Ｎｉｉ 。 随 着 钎 料 中 还 Ｂｏ相
ｃｎｌ ９ ｏ ｅ ６ ０的堆焊 试板 。试 验结 果表 明 ， 盲孔法 测量
Ｌｃｎ ｌ ９ ｎｏ ｅ ６ ０的焊接残余应力是可行的 。图 ７表 ３ ４ 参
分析。结果表 明， 值模 拟结 果 和试验 结 果 基 本 吻 数 合， 表明了数 值模 型的有效 性。在此基础 之 上 ， 平 对 序下 的变形模拟值 和测量值进行 了对 比。结果表 明，
二者吻合 良好 ， 最优与最差 的焊接顺 序得 到的变形量 板对接接头试样进行 三维有 限元分析和 正交试验 ， 分 分别为 １． ２和 ２． ７ ｌ 降低 了 ４ ％ ， ５１ ８ ４ ｌ ｍｉ， ７ 为实 际生产 析打底焊道尺寸 、 口角度 、 坡 对接 间隙大小 对焊接 接 提供 了可靠的数值预测依据 。图 ８表 ３ ８ 参
焊 工 常 常 要 面对 焊 接变 形 问题 （ 接 电 弧 产 生 的 焊
应 力应变 、 疲劳 与脆 断 、 断裂 力学
析／ 孟工戈 …／ 焊接学报．２０ ，０ １ ） ４ ￣４ ／ －０ ９ ３ （０ ： ５ ８
镍基合金在核 电设施的建设中应用 广泛 ， 但对 其
ｎ ｏ ｄ ６ ０为 主， 对 针 利用 扫 描 电 子 显 微 镜 （Ｅ 、 谱 分 析 仪 焊后残余应 力研 究 较少。以 Ｉｃｎ ９ Ｓ Ｍ） 能 盲孔法测量镍基合金残余应力的影响 因素进行研究 ， （ ｘ） 电子拉伸试 验机对 Ｂ－ Ａ －． Ｎｉ ． Ｃｒ ． Ⅱ） 、 ｉ ｇ０ ４ － ２ ｔ０ １ ｘ ０ Ｃ （ ＝２５ ８ １ ，４ 高温无铅钎料／ － ｘ ， ， ，１ １ ） ｅ 铜接头进 行 了界 确定 了 Ｉｃｎｌ ９ ｎ ｏ ｅ ６ ０合适的孔 片配合 ． 定 了 Ａ， 标 Ｂ系 面微 观组织分 析 、 抗剪强度测试及剪切断 Ｉ分析 。结 数， ＝ １ 并用所选定 的孔 片配合 与标 定系 数 实际测量 Ｉ－ ｎ
合金母材和焊接接头的微区强度性能分布 、 塑性 和韧 度不同 。为此 ， 实际补焊修复 提 出 了建 议 ， 对 为优 化
的微 区性能变化和焊接 工艺 参数对 铝合金 焊 接接 头
性能的影响。图 ｌ 表 ４ ２ １ 参 ２ １ ２７ 焊接 工艺 参数对 焊接 接头强 度 的影 响研 ０００１ 究／ 张 帅…／ 热加工工艺．２ ０ ，８ １） ｌ６ ｏ ／ －０ ９ ３ （ ５ ：Ｏ ￣１ ８ 应用有 限元 分析方法 ， 针对平板对接接 头横 向拉 伸试验 ， 打底焊道 为高强 匹配 、 填充焊道 为低 强 匹配
王元 良…／ 电焊机．２ｏ ，９ ７ ：～１ ／ －ｏ ９ ３ （ ）８ ３ 采用 一种特 殊方法 研究 了高速列 车用 的几种 铝 性分布 ， 并建立 了与常规力学性能的关系 。同时用微 型剪切试验研究 了几种 铝合 金焊接接 头 的 自然后 ， 残余 应 力值 比焊态 下
Ａｇ元素含量 的提高 ， 观组 织 中初 生 Ａｇ原 子 数量 微 逐渐增多 ， 观性 能上 接头抗 剪强度提 高 。初 生 Ａｇ ２ １ ２７ Ｑ ４ Ｒ钢焊接 接头不 同部 位 补焊残余 应 宏 ０００３ ３Ｓ 原子能够阻碍钎料 中裂纹的扩展 ， 使得接 头的强 度提 力的 有 限 元 分 析／ 利 民 …／焊 接 学 报．２ ０ ， ０ 沈 ／ 一０ ９ ３ 高 。钎料与铜基板 之间没有金属间化 合物生成 ， 它们 之间的连接主要是通 过液态 钎料原 子 向铜基 板 晶界
利用热弹塑 性有 限元 方 法对 材 料 Ｑ３ ５大 型 吊 ４ 车箱形梁分段的顶板结构焊 接变形 进 行 了数值模 拟 计算 ， 建立 了分析 模型 ， 定量 地描述 了纵筋 与顶板 焊
接顺 序及横筋与顶板焊接顺 序对 焊接变 形的影 响 ， 并
焊接接头在外载荷作 用下 的接头 强度进行 数 值模 拟 按照 ” ” 与 的关 系结合二者的最 优化 焊 接顺序 形成 整 和试验研究 ， 并将数值模拟结果与试验结果进 行对 比 体焊接结构 的最佳焊接顺序 。对预 测 的最佳 焊接顺
残余应 力值有所 增加 ， 纵向应力和横 向应力值增 加幅 补焊工 艺、 控制残余应力 提供 了参考 依 据 。图 ９表 １
参５ ２ １ ２７ 顶板焊接顺序优化减 小焊 接变形 的预 测／ ０００４
周 广 涛 …／ 焊 接 学 报 ．２０ ，０ ９ ：０ ￣ １２ ／ －０ ９ ３ （ ） １ ９ １
扩散 。钎料中的 Ｂ 原子向铜基板 晶界 的扩散 程度 高 ｉ
（） ７ ６ ，４ ９ ：５ ￣ ０ ６
Ｑ３ ５ ４ Ｒ钢 由于具有 良好的性 能而 广泛应 用于 压 力容器 与管道的制 造， 其焊接接 头部 位 常 出现裂 纹 ，
于 Ａｇ 原子 。钎 料与 铜基 板界 面 的连 接处 为 接 头薄 焊接残余应力 是 主要影 响因素之 一 。利用有 限元软
头抗拉强度的影 响。结果表 明： 打底焊 道厚 度对 接头
抗拉强度的影 响最大 ， 这为此类焊 接结构焊 接工 艺的 ２ １２ ５ 焊接变 形的控 制和 预 防／ ０００ ７ 朱 江 …ｌ 电 ／ 制定提供了可靠的依据 。图 ３ ３参 ８ 表 焊 机 ．２ ０ ，９ ８ ：０ ３ 一０ ９ ３ （ ）９ ￣９
弱区 ， 是剪切断裂 的起点 。图 ５表 １ ８ 参
件Ａ Ａ Ｉ ， Ｂ Ｑ Ｊ 开发了一个顺次 耦合 的 热应 力计 算程 Ｓ 序， 焊接接头焊缝区域与热影 响区补焊 的残余应力 对
２ １２ ７ 高速列车用铝合金焊接接头的微 区性 能／ 分布进行了数值模拟。 ０ ００ ０ 得到了补焊残余应力的分布位