第3章 焊接應(yīng)力與變形

1、第3章焊接應(yīng)力與變形焊接應(yīng)力與變形焊接應(yīng)力與變形的概念是焊接領(lǐng)域的一個非常重要的概念，也是本課的重點與難點，他有較強(qiáng)的系統(tǒng)性和邏輯性。我們講課時的思路與書上的差別也比較大，因此要求大家上課注意聽講，做好課堂筆記。31基本概念一、內(nèi)應(yīng)力及其性質(zhì)1、何為內(nèi)應(yīng)力？在沒有外載荷作用時，平衡于物體內(nèi)部的應(yīng)力叫內(nèi)應(yīng)力。2、內(nèi)應(yīng)力的性質(zhì)（1）自身平衡滿足靜力平衡條件，即所有應(yīng)力的合力等于零，∑F=0；對任意點的合力矩等于零，∑M=0。（2）不穩(wěn)定性受

2、到外界因數(shù)作用時，如外載荷、溫度變化時，自身平衡被打破，當(dāng)外界作用消失后，內(nèi)應(yīng)力數(shù)值發(fā)生變化，但仍保持自身平衡。（3）由此可以得出一個推論；內(nèi)應(yīng)力的波形圖至少應(yīng)該是三波形的，因為單波形，兩波形都不能滿足合力為零，合力矩為零。3、內(nèi)應(yīng)力的分類按內(nèi)應(yīng)力平衡的范圍分第一類內(nèi)應(yīng)力：在較大的范圍內(nèi)平衡，其范圍可與物體尺寸相比，故稱之為宏觀內(nèi)應(yīng)力。第二類內(nèi)應(yīng)力：它的平衡范圍大小可與晶粒尺寸相比，稱為微觀內(nèi)應(yīng)力。第三類內(nèi)應(yīng)力：它的平衡范圍更小，只能與

3、晶格尺寸相比，也叫超微觀內(nèi)應(yīng)力。焊接應(yīng)力的平衡范圍較大，屬于宏觀內(nèi)應(yīng)力，因此我們以后重點研究宏觀內(nèi)應(yīng)力。按內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生的原因來分：有熱應(yīng)力和組織應(yīng)力（1）熱應(yīng)力熱應(yīng)力也叫溫度應(yīng)力，是由于構(gòu)件受熱不均勻而引起的應(yīng)力，我覺得叫溫度應(yīng)力是不準(zhǔn)確的，叫溫差應(yīng)力比較合適，因為并不是任何物體有溫度就有應(yīng)力的，只有物體上的溫度分布不均勻，有溫度梯度時才有應(yīng)力。由溫度變化而引起的自由變形為：ΔLT=α(T1T0)L0自由應(yīng)變（自由變形率即單位長度上的自由

4、變形量）為：εT=α(T1T0)2、外觀應(yīng)變εe（可見應(yīng)變）和內(nèi)部應(yīng)變ε（不可見應(yīng)變）對于上述桿件的加溫過程，如果我們增加一個拘束條件，使其一端與一個剛性壁連接，另一端與另一個剛性壁相距εe，同樣使溫度由T0升至T1，則由于剛性壁的阻礙自由應(yīng)變εT就不能完全表現(xiàn)出來，而只能表現(xiàn)出εe這部分，所以我們就叫這表現(xiàn)出來的部分為外觀應(yīng)變εe也叫可見應(yīng)變，而未表現(xiàn)出來的部分就叫內(nèi)部應(yīng)變ε，也叫不可見應(yīng)變。外觀應(yīng)變εe：受拘束條件決定的，構(gòu)件能夠表

5、現(xiàn)出來的實際變形。也就是能夠看的見，摸的著的變形。內(nèi)部應(yīng)變ε：受拘束條件約束，未能表現(xiàn)出來的變形。3、彈性內(nèi)部應(yīng)變（ε’）和塑性內(nèi)部應(yīng)變（ε”）不可見應(yīng)變既然沒有表現(xiàn)出來，它就一定會以另一種形式頑強(qiáng)的表現(xiàn)自己，這種形式就是應(yīng)力，它以應(yīng)力的形式存在于物體內(nèi)部，應(yīng)力的大小服從虎克定律，即σ=Eε應(yīng)力的大小與內(nèi)部應(yīng)變量ε成正比。當(dāng)內(nèi)部應(yīng)變量ε不太大的話，它產(chǎn)生的應(yīng)力小于屈服極限σS這時的內(nèi)部應(yīng)變是彈性的叫彈性內(nèi)部應(yīng)變，以ε’表示，彈性內(nèi)部應(yīng)變

6、是可以恢復(fù)的，也就是說，當(dāng)溫度由T1恢復(fù)到T0時，隨著溫度的下降，ε’和σ將逐步減小并消失。當(dāng)溫度由T0上升時，ε’和σ都同時增大，當(dāng)σ增加到屈服點時，彈性內(nèi)部應(yīng)變量達(dá)到最大值，我們以εS表示，也就是說小于εS的內(nèi)部應(yīng)變都是彈性內(nèi)部應(yīng)變。如果溫度繼續(xù)增加ε超過εS，桿件內(nèi)部的應(yīng)力達(dá)到σS，應(yīng)力就不再繼續(xù)增加了，這是材料已處于塑性狀態(tài)，所以超過εS部分的內(nèi)部應(yīng)變叫塑性內(nèi)部應(yīng)變，我們以ε”表示，大家知道塑性變形是不可恢復(fù)的，所以在溫度恢復(fù)到

7、T0之后，塑性內(nèi)部應(yīng)變將保留下來，這樣原桿件將縮短ε”。這里桿件的縮短可能不好理解，大家也可以這樣看，先認(rèn)為對應(yīng)于T2的自由變形完全表現(xiàn)出來，然后用一個剛性壁來進(jìn)行壓縮，壓縮一點就產(chǎn)生一點內(nèi)部變形，桿件內(nèi)部就產(chǎn)生一點壓應(yīng)力，當(dāng)壓縮所產(chǎn)生的內(nèi)部變形量等于εS時，壓應(yīng)力達(dá)到σS，整個桿件達(dá)到塑性狀態(tài)，這時再繼續(xù)壓縮桿件就會產(chǎn)生塑性變形，出現(xiàn)塑性縮短了，當(dāng)溫度恢復(fù)以后這個塑性縮短ε”將保留下來。εS：與σS相對應(yīng)的內(nèi)部變形，小于εS的ε都是彈