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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