焊接结构力学 试题

第五章第五章1.1.简述疲劳断裂过程和疲劳断口宏观、微观特征、机理。简述疲劳断裂过程和疲劳断口宏观、微观特征、机理。答：疲劳断裂的过程一般由三个阶段所组成：一、在应力集中处产生初始疲劳裂纹裂纹萌生；二、裂纹稳定扩展；三、失稳断裂。裂纹萌生初期包括位错在滑移面内的运动、在晶粒内伴随位错运动出现滑移带和滑移带上材料形成微观分离。滑移带首先出现在缺口、缺陷、夹杂物、空穴和裂纹等引起局部应力集中的区域。在裂纹萌生的最后阶段，经历内滑移带上材料出现微观分离。裂纹扩展阶段是指：在循环载荷作用下，微观裂纹稳定扩展成为大小与构件宏观尺寸（如板厚）相当的临界宏观裂纹的过程，这一过程在总寿命中占主要部分。裂纹尺寸达到临界后随即失稳断裂。宏观特征：从断裂开始点向四周射出类似贝壳纹的疲劳纹。对于塑性材料，宏观断口为纤维状，暗灰色；对于脆性材料则是结晶状。微观特征：断口存在每次应力循环导致的辉纹。机理：没经过一次加载循环，裂纹尖端即经历一次锐化钝化再锐化的过程，裂纹扩展一段距离，断口表面上九产生一道辉纹。2.焊接结构疲劳裂纹的产生为什么要容易？答：在焊接接头中，产生疲劳裂纹一般要比其它联接型式的循环次数少。这是因为焊接接头中不仅有应力集中（如角焊缝的焊趾处），而且这些部位易产生焊接接头缺陷，残余焊接应力也比较高。这些缺陷的存在，只是焊接接头中的疲劳裂纹产生阶段往往之战疲劳过程中相当短的时间。3.表征疲劳应力循环特征的参量有哪些？答：max应力循环内的最大应力；min应力循环内的最小应力；mmaxmin2minamax应力半幅；2r min应力循环特性系数或应力循环对称系数。max4.疲劳图有哪些表示方法？答：用max 和 r 表示的疲劳图即 Moore，Kommers 疲劳强度图。它能直接的将max 与 r的关系表示出来。用max 和m 表示的疲劳图即 Smith 疲劳强度图用a 和m 表示的疲劳图即 Haigh 疲劳强度图用max 和min 表示的疲劳图即 Goodman 疲劳强度图5.疲劳曲线和疲劳图在使用上有什么区别？答：6.max-r疲劳图中-1,0,1的位置（画图）7.max-m疲劳图中-1,0,1的位置（画图），如何作图得到某一循环特性r 下的疲劳强度 r？8.a-m疲劳图中-1,0,1的位置？（画图）如何作图得到某一循环特性r 下的疲劳强度 r？9.max-min疲劳图中-1,0,1的位置？（画图）如何作图得到某一循环特性r 下的疲劳强度 r10.疲劳曲线或疲劳图上疲劳载荷和疲劳强度如何区别？答：11.为什么要用断裂力学方法研究疲劳裂纹的扩展？答：12.用断裂力学方法评定疲劳寿命比传统方法有什么优越性？答：平均应力；13.裂纹的亚临界扩展分为几种类型，各有什么特点？答：14.帕瑞斯公式福曼公式各代表什么含义，区别是什么？15.裂纹扩展速率受哪些量控制？16.高周疲劳裂纹与低周疲劳裂纹扩展特性有何区别？17.高周疲劳裂纹扩展分为哪些阶段，用双对数坐标图说明。18.说明疲劳寿命的评估方法。19.19.影响焊接接头疲劳强度的因素有哪些？影响焊接接头疲劳强度的因素有哪些？答：应力集中；近缝区金属性能的变化；残余应力；缺陷。20.20.应力集中对疲劳强度的影响（对接、十字接头、搭接。应力集中对疲劳强度的影响（对接、十字接头、搭接。答：21.21.近缝区金属性能变化对疲劳强度的影响。近缝区金属性能变化对疲劳强度的影响。答：对于低碳钢，在常用的热输入下焊接，热影响区和基本金属的疲劳相当接近。只有在非常高的热输入下焊接，才会是热影响区对应力集中敏感性下降。低碳钢的近缝区金属力学性能的变化对接头的疲劳强度影响较小。对于低合金钢，其化学成分、金相组织和力学性能的不一致性在有应力集中和无应力集中时都对疲劳强的影响不大。材料性能对裂纹扩展速率有一定影响但不大。对于高祖配即软夹硬的焊接接头，力学性能不均与性对接头的疲劳强度基本没有影响。此式接头的疲劳强度取决于较软的基本金属。在硬夹软的焊接接头中疲劳强度还取决于层的尺寸h/d（h 为夹层的厚度；d 为试件直径）。h/d0.75接头疲劳强度很大程度上取决于夹层的疲劳强度（降低了）；h/d0.75 时，焊接接头疲劳强度值随比值 h/d 的减小而提高。在实际的焊接结构中，如果热影响区的尺寸不大，就不会降低焊接接头的疲劳强度。如果在 硬夹软接头中有严重的应力集中，接头的疲劳强度大大降低，数值取决于软区本身的力学性能。22.22.残余应力如何影响疲劳强度，结合疲劳图加以说明。残余应力如何影响疲劳强度，结合疲劳图加以说明。答：见书本 P239。23.23.缺陷对疲劳强度的影响。缺陷对疲劳强度的影响。答：焊接缺陷对疲劳强度的影响与缺陷的种类、尺寸、方向和位置有关。平面类型缺陷（如裂纹、未熔合、未焊透）比带圆角的缺陷（如气孔等）影响大；表面缺陷比内部缺陷影响大；与作用力方向垂直的平面缺陷的影响比其它方向的大；位于残余拉应力场内的缺陷的影响比在残余压应力区内的大；位于应力集中区的缺陷（如焊缝趾部裂纹）的影响比在均匀应力场中同样缺陷影响大。不同的材料具有不同的缺口敏感性，同样尺寸的缺陷对不同材料焊接接头的疲劳强度的影响并不相同。24.24.提高焊接接头疲劳强度的措施。提高焊接接头疲劳强度的措施。答：（1）降低焊接接头应力集中（2）调整残余应力场可以分为两类：一类是结构或元件整体处理，另一类是对接头部位局部处理。第一类包括整体退火或超载预拉伸法，第二类一般是在接头某部位采用加热、辗压、局部爆炸等方法使接头应力集中处产生残余压应力。1）一般情况下在循环应力较小或应力循环系数较低，应力集中较高时，残余拉应力的不利影响增大，退火往往是有利的。超载预拉伸方法由于可降低残余拉伸应力，甚至在某些条件下在缺口尖端处产生残余压应力，因此它往往可以提高接头的疲劳强度。2）局部加热处理3）预先超载 该方法基于残余压应力对疲劳过程具有抑制作用。（3）改善材料的表面性能表面强化处理，用小轮挤压和用锤轻打焊缝表面及过渡区，或用小钢丸喷射（即喷丸处理）焊缝区，都可以提高接头的疲劳强度。缺口激冷是正在研究的一种办法，如在加热缺口区时紧接着便用水枪对该表面进行局部激冷处理，则被激表面将硬化且产生残余压应力。（4）特殊保护措施焊缝外部缺口表面的金属或塑料涂层能提高疲劳强度，他们具有防腐的功能，同时若其具有足够大的弹性模量也能在一定程度上就爱那个地缺口应力。25.25.降低焊接接头应力集中有哪些措施。降低焊接接头应力集中有哪些措施。答：1）采用合理的结构形式2）尽量采用应力集中系数小的焊接接头形式3）当采用角焊缝时（有时不可避免）须采取综合措施（机械加工焊缝端部，合理选择接板形状，焊缝根部保证熔透等）来提高接头的疲劳强度，采取这些措施可以降低应力集中并消除残余应力的不利影。4）在某些情况下，可以通过开缓和槽使力线绕开焊缝的应力集中处来提高接头的疲劳强度。5）用表面机械加工的方法，消除焊缝及其附近的各种刻槽，可以降低构件中的应力集中程度，提高接头疲劳强度。但是这种表面机械加工的成本高，因此只有真正有益和确实能加工到的地方，才适合采用这种加工。6）采用电弧TIG 或等离子束整形的方法可以代替机械加工的方法来使焊缝与基本金属之间平滑过渡。26.26.为了提高疲劳强度，如何调整构件的残余应力场？为了提高疲劳强度，如何调整构件的残余应力场？答：消除接头应力集中处的残余拉应力或使该处产生残余压应力可以提高接头的疲劳强度。可采用整体法或者是对接头局部处理。27 疲劳裂纹一般产生在构件的什么位置？