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目录1

前言1

1 概述1

1.1 引言1

1.2 焊接结构疲劳研究的历史及应用2

1.2.1 历史的回顾2

1.2.2 理论研究与工程应用5

1.3 焊接结构疲劳强度理论研究的方向和存在的不足8

1.3.1 焊接结构整体状态下疲劳强度的研究8

1.3.2 性能不均匀对疲劳性能的影响8

1.3.3 焊接结构中残余应力的影响9

1.3.4 焊接制造工艺对疲劳性能的影响10

1.3.5 无损检测的手段及可靠性研究11

1.4 本书研究的主要内容11

2 焊接结构疲劳的基本概念13

2.1 S—N曲线与疲劳强度13

2.2 其他试验方法16

2.2.1 阶梯试验法16

2.2.2 Locati法17

2.3 试验结果的表示法19

2.3.1 Goodman图形19

2.3.2 Smith图形20

2.3.3 Smin对Snax图形22

2.4 应力集中23

2.4.1 应力集中系数23

2.4.2 焊接接头应力集中系数的确定26

3 断裂力学与疲劳裂纹扩展36

3.1 断裂力学37

3.2 应力分析与应力强度因子38

3.3 塑性的近似校正43

3.4 焊接接头的应力强度因子47

3.5 断裂力学在疲劳研究中的应用51

3.5.1 疲劳裂纹扩展速率的一般表达式51

3.5.2 疲劳裂纹扩展速率的工程应用57

4 焊接结构疲劳裂纹萌生机理62

4.1 焊接工艺与疲劳试验62

4.1.1 实验材料62

4.1.2 试验及结果63

4.2 焊缝金属中疲劳载荷下的位错结构64

4.2.1 位错密度的测量64

4.2.2 位错密度的计算65

4.3 疲劳载荷下焊缝金属中的微观组织70

4.3.1 焊缝金属中位错结构的观察70

4.3.2 位错结构变化过程及其分析74

4.4.1 电子显微镜下焊缝共析组织的形态75

4.4 疲劳载荷下焊缝金属中共析组织的变化75

4.4.2 疲劳载荷作用下共析组织的变化与分析78

4.5 影响焊缝疲劳寿命的其他因素79

4.6 焊接金属疲劳裂纹萌生过程84

5 焊接结构疲劳裂纹扩展微观特征及断口分析86

5.1 焊接金属疲劳裂纹扩展实验86

5.2 对焊接头疲劳裂纹扩展微观特征87

5.2.1 16Mn钢母材、焊缝及热影响区的金相组织分析87

5.2.2 16Mn钢焊缝及热影响区疲劳裂纹萌生与扩展的微观特征分析89

5.3 双面埋弧焊金相组织93

5.3.1 焊缝金相组织的特点93

5.3.2 母材、焊缝、热影响区显微组织的特点94

5.4 疲劳裂纹扩展微观特性分析96

5.4.1 裂纹在母材金属中的扩展96

5.4.2 裂纹在热影响区中的扩展98

5.4.3 裂纹在焊缝中的扩展99

5.5 不同焊接方法疲劳裂纹扩展的微观特征100

6 焊接结构疲劳裂纹扩展宏观特性102

6.1 疲劳裂纹扩展实验102

6.1.1 实验材料与试验102

6.1.2 实验数据的处理104

6.2.2 16Mn钢母材的疲劳裂纹扩展速率105

6.2.1 疲劳裂纹扩展速率回归结果105

6.2 疲劳裂纹扩展速率的实验分析105

6.2.3 热影响区疲劳裂纹扩展速率107

6.2.4 焊缝疲劳裂纹扩展速率109

6.3 焊接金属疲劳裂纹扩展的宏观特性111

7 焊接结构残余应力的测定及其对疲劳裂纹扩展速率的影响113

7.1 X射线法测量焊接件的残余应力113

7.1.1 测量原理113

7.1.2 测量结果114

7.2 切割应力释放法测定裂纹扩展时残余应力的变化116

7.2.1 切割应力释放法测量残余应力的方法及原理116

7.2.2 应力释放法测定残余应力的计算原理117

7.2.3 测试结果119

7.2.4 残余应力对焊接件疲劳裂纹扩展的影响121

7.3 应力比、残余应力、微观组织与裂纹扩展速率的关系124

8 焊接接头疲劳裂纹扩展速率的估算126

8.1 残余应力引起的应力强度因子126

8.2 焊接件疲劳裂纹扩展预测模型的建立129

8.3 预测值与实验值的比较和验证130

8.4 焊接结构疲劳裂纹萌生与扩展的基本特征131

附录A 疲劳裂纹扩展速率的数据处理134

参考文献139

后记147