薄壁圆筒平封头环焊缝的应力与变形.doc
焊接应力和变形分析
焊接变形与残余应力的预测目录焊接变形和残余应力的基本原理在焊接由焊接产生的动态应力应变过程及随后出现的残余应力和残余变形是导致焊接裂纹和接头强度和性能下降的重要因素。
焊接应力和焊接变形由焊接过程中的不均匀加热引起,由于其形成原因复杂多变,而且完全不可确定,因此我们只能通过总结焊接应力与变形的产生和存在的一般规律以及大家总结出原来的施工经验,对即将进行的工程构件焊接情况进行分析和预测。
焊接应力与焊接变形存在一定的关系,当焊接应力完全释放的时候焊接变形达到最大值;当焊接结构处于完全刚性的时候,几乎可以完全控制焊接变形,而此时由于无法进行应力释放,焊接残余应力将达到最大值。
如何选择和理的焊接结构、焊接方法、焊接材料和焊接工艺,以取得最佳的焊接残余应力和焊接变形状态时钢结构焊接的重要课题。
焊接变形和残余应力的常用计算方法焊接应力与变形的形成原因极为复杂,因为直接影响应力与变形的金属材料的力学性能和热物理性能随着温度的变化而变化,而起决定作用的焊接温度场又因焊接接头的形状和尺寸、焊接工艺参数等的变化而变化。
因此在计算焊接应力与焊接变形时,常常作出一些假定和简化,从而从最简单焊接的分析入手,并推断出结论。
目前常用的预测焊接变形的方法主要有残余塑变解析法、三维实体单元固有应变有限元法、板壳单元固有应变有限元法,以及热弹性有限元法等。
残余塑变解析法仅适用于简单构件、规则梁,计算过程需要经验及试验数据的累积,分析焊接构件几何参数及焊接规范参数,在本工程中适用于梁柱对接的应力分析。
三维实体单元固有应变有限元法主要适用于实体复杂结构,在本工程中适用于主要节点的焊后构件变形,需要划分网格、加载固有应变后进行三维弹性分析。
板壳单元固有应变有限元法适用于薄壁复杂结构,在本工程中可应用性不大。
对于整体结构的焊接变形预测,需要使用热弹塑性有限元法进行分析,计算步骤为:划分网格、模拟焊接温度场、热弹塑性分析,其计算过程需要跟踪焊接热力学的全部过程,计算量极大、计算时间很长,在目前的短时间内不可能得到准确的结果。
薄壁圆筒应力分析讲课文档
内压P B点
圆周的切线方向：环向应力σθ
壁厚方向：径向应力σr
（t/R）≤1/10
t
σθ Di σθ
D Do
σθ
三σφ向应B 力σ状φ 态
Di
p
σθ
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二p 向应力状态
5
轴向应力分析
σφ
p D2 4
p
D
内压产生的轴向合力与壳壁横截面上的轴向总拉力相等
轴向平衡
D2p 4
= Dt
= pD
4t
6
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周向应力分析
σθ
l
σθ
y
σθ
α
dα
p
在y方向上平衡
=plD
0pD 2lsind2tl
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pD 2t
7
2.2 薄壁圆筒的应Hale Waihona Puke 分析截面法应力求解
轴向平衡
圆周平衡
= pD
4t
pD 2t
2
8 现在九页，总共十五页。
小结 载荷分析 薄壁圆筒应力分析
薄壁圆筒应力分析
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上节课内容回顾
压力容器
过 程 设 备
承受一定压力的外壳 + 各种各样的内件
1 现在二页，总共十五页。
第2章 压力容器应力分析
吉林石化公司 双苯厂爆炸事故
现在三页，总共十五页。
介质压力超过塔 外壳所能承受的 极限
2
第2章 压力容器应力分析
压力容器安全可 靠运行
9
现在十页，总共十五页。
环向焊缝
质量要求高？
思考题
纵向焊缝
焊接应力与焊接变形的产生原因与控制措施
０机械 与电子０
科技信 息
焊接应力与焊接变形的产生原因与控制措施
刘 洪 林
（ 大唐 国际唐 山热 电责任 有 限公 司 河北
【 摘
接应 力与变形， 高焊接 工序的精度， 提 具有十分重要的现 实意 义。
５ 消 除 焊 接 应 力 的 方 法
消除焊接应力 的方法 有 ： 热处 理法、 机械法和振动法。 ５１ 热处理方法包括 ： ． 整体热处理 和局部 热处 理。将整个构件放在炉 中加热到一 定温度 ． 然后保 温一段 时间再冷却 。通过整 体高温 回火可 以将构件 中 ８ ％ ９ ％的残余应力消 除掉 ， ０ 一０ 这是生产 中应用 最广泛 、 效
唐山
０３ ０ ） ６ ０ ０
要】 随着社会 经济与技 术的不断发展 ， 现代焊接向着 大型化 、 高精度 的方 向发展 。 如何采取措施减 小金属结构在焊接 工序 中发 生的焊
【 关键 词】 焊接 变形 ； 焊接应力 ； 产生原 因； 控制措施
焊接变形 的种类很 多 ． 与构件 形状和尺寸 ． 焊接方法 和顺 序 ． 约束 在焊接过程 中 ， 由于焊件 局部的温度发生变化 ， 产生应力变形。 进 而导致 了构件产生变形 。因此 ， 通过对焊接结构及焊接变形 的分析 ， 通 情况 等很 多因素有 关 常见焊接变形 主要分为以下几大类 ： 过对焊接工艺焊件结构设计 等方面采取有效措施 ， 而提高焊接质量 。 ３１ 横 向收缩变形 ： 焊后在 垂直于焊缝方向产生收缩。 从 ． 构件 ３ 纵 向收缩变形 ： 焊后在 焊缝方 向产生收缩。 ． ２ 构件 １ 焊 接 应 力与 焊接 变 形 的产 生原 因 ３３ 角变形 ：由于焊缝 的横 向收缩使得焊件平 面绕焊缝轴产 生角变 － 化。 焊接应力 ． 缝冷却至原 始温度后 ． 焊 在整个接 头区 内焊缝及 近缝
外压薄壁圆筒与封头的强度设计课件
一、临界压力
承受外压的容器在外压达临界值之前，壳体也能发生弹性 压缩变形；压力卸除后壳体可恢复为原来的形状。一旦当 外压力增大到某一临界值时，筒体的形状发生永久变形， 就失去了原来的稳定性。
导致筒体失稳的压力称为该筒体的临界压力， 以Pcr表示。
筒体在临界压力作用下，筒壁内存在的压应力 称为临界压应力，以σcr表示。
二、外压圆筒壁厚设计的图算法
1. 算图的由来
若将失稳时的环向应变与允许工作外压的关系曲线找出来， 那么就可能通过失稳时的环向应变ε为媒介，将圆筒的尺寸 （D0、Se、L）与允许工作外压直接通过曲线图联系起来。
[p] p cr m
pcr m[p]
Ectr 2pcSerD E0t m 2S[eEpt0]D
【注意】钢材的E和μ值相差不大，选用高强度钢代替一般碳钢制造外压 容器，不能提高筒体的临界压力。
3. 筒体椭圆度和材料不均匀
稳定性破坏主要原因不是壳体存在椭圆度或材料不均匀。因为即使壳体 的形状很精确和材料很均匀，当外压力达到一定数值时也会失稳。
壳体的椭圆度与材料的不均匀性能使其临界压力的数值降低，即能使失 稳提前发生。
二、外压圆筒壁厚设计的图算法
2. 外压圆筒和管子壁厚的图算法
⑴ 对D0/Se≥20（薄壁）的圆筒和管子
④ 根据所用材料选用图11-4～11-9，在图下方找出由③所得的系数A。
若A值落在设计温度下材料线的右方，则过此点垂直上移，与设计
温度下的材料线相交（遇中间温度值用内插法），再过此交点沿
水平方向右移，在图的右方得到系数B，并按下式计算许用外压力
D0
D0
短圆筒应变
二、外压圆筒壁厚设计的图算法
1. 算图的由来
外压圆筒失稳时，筒壁的环向应变值与筒体几何尺寸（Se，D0，L）之间 的关系
焊接应力与变形分析及改善措施
焊接应力与变形的分析及改善措施作为钢结构制作和连接的主要技术，焊接已经被广泛应用于钢结构的制作和安装工艺之中。
然而，焊接中产生的变形问题不仅影响了钢结构的外观和使用性能，如果严重的话甚至会导致焊件报废。
有鉴于此，必须对焊接变形不同类型和原因进行全面分析，并采取有力措施控制焊接变形量，以确保不断提高生产效率和钢结构工程质量1 焊接变形的基本类型分析焊接变形的基本类型。
所谓焊接变形是指钢结构在焊接过程中，由于施焊电弧高温引起的变形，以及焊接完成后在构件中的残余变形现象。
在这两类变形中，焊接残余变形是影响焊接质量的主要因素，也是破坏性最强的变形类型。
焊接残余变形对结构的不同层次的影响分为整体变形和局部变形；根据变形的不同特点则可分为：角变形、弯曲变形、收缩变形、扭曲变形、波浪变形和错边变形。
在这些变形类型中，角变形和波浪变形属于局部变形，而其他类型的变形属于整体变形。
钢结构发生较多的变形类型是整体变形。
2. 焊接变形产生的原因分析。
钢结构刚度：刚度是指结构体对拉伸方向和弯曲变形的抵抗能力。
钢结构的刚度主要取决于结构截面形状和尺寸的大小。
图给出了引起焊接应力和变形的主要因素及其内在联系。
焊接时的局部不均匀热输入是产生焊接应力与变形的决定因素。
热输入是通过材料因素、制造因素和结构因素所构成的内拘束度和外拘束度而影响热源周围的金属运动，最终形成了焊接应力和变形。
材料因素主要包括有材料特性、热物理常数及力学性能（热膨胀系数α＝f （T），弹性模量E＝f（T），屈服强度σs＝f（T），σs（T）≈0时的温度TK或称“力学熔化温度”以及相变等）；在焊接温度场中，这些特性呈现出决定热源周围金属运动的内拘束度。
制造因素（工艺措施、夹持状态）和结构因素（构件形状、厚度及刚性）则更多地影响着热源周围金属运动的外拘束度。
焊接应力和变形是由多种因素交互作用而导致的结果。
通常，若仅就其内拘束度的效应而言，焊接应力与变形产生机理可表述如下。
vd薄壁圆筒平封头环焊缝的应力与变形
薄壁圆筒平封头环焊缝的应力与变形专论?lM&P纯I矿物与加I1999年第7期79一乡薄壁圆筒平封头环焊缝的应力与变形季润东———一(连云港化工高等专科学校连云港222001)摘要通过对薄壁圆筒环向对接焊缝建立适当的力学模型.再利用柱壳近似计算方法.导出了薄壁圆筒平封头环阿焊鹱应力与变形的分折解答.关键词薄壁圆筒平封头环向焊缝应力与变形—一,一,一一)一对于薄板单道对接焊缝,可近似看成为用线热源一次焊成的焊缝.在不考虑施焊过程的时间效应,焊后的应力可认为是沿焊缝方向的单向应力状态.焊缝区的应力和变形是由于焊缝区在宽度为26内的塑性变形引起的.根据总应变量的面积相等及相对焊缝中心线的面积矩相等的原则,可将焊缝残余应变的实际分布简化成在2b宽度内为均匀分布的等效初始应变与此同时就有相应的初始应力.对于一般的结构钢.在大宽度平板对接焊缝中.通常取=e.因此也就有=对于薄壁圆筒,当其直径较大时.简体的环向对接焊缝就趋近于平板对接焊缝.如果设想宽度为26的环向焊缝区是与简体无任何联系的分离体,则其塑性收缩变形就不受任何约束,只产生径向收缩变形.=￡皿,无环向应力.这时,要使这样的分离体恢复到焊前状态,须在其内侧施加一个均匀的径向压力q,此时有环向应力=,即=t/n,其中才为简体壁厚,R为半径.而实际上这样的分离体是简体的焊缝区的一部分,其效果就如同该焊缝区26宽度内的外表面上作用有均匀的径向压力q一样. 且g=q=詈.如图1所示.如此简化的力学模型是与焊缝所引起的应力与变形是等效的.缱图1筒体环缝力学计算模型根据弹性力学的柱壳理论.在圆筒某一截面上受有沿环向的均匀分布载荷P时,其产生的径向位移w为:w(bⅫb)(1)式中;=o=一泊松比将(1)式用于图1所示的载荷上,则口引起的径向变形,可通过积分求得,如图2所示,得到: 在2b范围内的某一截面K上有=警[2一emn(6+)一')cos).(b一-r)](2)在2b范围以外的某一截面,上有=差[eZ(x-b)(z一e'cos).(+b)】(3)29?专论jM&P仡I矿耪与加I1999年第7期(a)(b)图2筒体位移积分分析图对于薄壁圆筒的平封头,在平板与简体封接处为环向焊缝,当该处焊缝为单道一次焊成时,就可借用上述分析结果,求得平封头环向焊缝所引起的应力与变形.一般封头平板要比简体的厚度大,连接处刚性较大.因而在简体与平板封头连接处可认为是刚性连接,则在简体的连接端就承受到剪力Q和弯矩A,如图3所示.根据轴对称的边缘载荷的解答:图3儒体的边缘载衙:[^Mo(一)一QoCOS,~X](4)由(2),(3)和(4)的结果.筒体连接端焊缝及其附近部位的挠度方程为:wKwK+w=—2~.3D【^JⅥ.(sin2x—cos2x)一Qoco~x]+差一",cos),(b㈦一(.cos),(b—)](5):+=[^(sin2x—cos~x)一Qocos~x]+差(-6)?n?一Pcos2(-r+b)J(右)对刚性固定端有x=0,w=0,=0,代入(5)式可求得:眠:一(1cos~b)(7):(1一6)(8)将(7),(8)式分别代入(5)和(6)式,就得到薄壁圆筒平封头环向焊缝所引起的径向位移: w:一豢(+c)(1一"6c6)+差【2_,co~(b川一a(bcos).(b—)](9)w,=一豢一㈠+州1一%os2b)+差m训-6)一【…c∞(+b)](10)根据柱壳轴对称弯曲问题,筒体横截面上的弯矩为一D,因此.由(9),(10)式可得MK:O.t(n一∞z)(1_rco~b)+【e-atg*X)sin+)+e(,)c0s(b—)](11)jOot(抽一∞z)(1-—c赫6)oot【e-h(z.1,)s以(+6)专论IM&P化I矿耪s加I1999年第7期一PsinA(—b)](20)由此可求得横截面上内外边缘的应力为==(sinAx—cos,~x)(1一e-~'cos.tb)[e-a(~,*X)sinA(6+)+P'cosA(6一)](13)一:i了i雨(sin)~c—co$3.x)(1一e6)±[e-a(~+b)sinA(¨6)一P(一sinA(—b)](14)当X≤b时,在筒壁中面上的环向应力为咖:一,其中晰=E警,这是由于筒体产生径向变形而释放的应力,因而K截面上内外边缘的环向应力为EWK6WK啉一]广一譬paxK).一]LJ当X>b时,r截面上内外边缘环向应力为:脚(16).eI!x】\b由(13)和(15)式,简体封头端(x:O)的纵向应力和环向应力分别为一而一e-(sinAb+3co~b)](17).一e-(sinAb+3cos;~b)](18)将(17),(18)式无量纲化并取其中的正号则有志一一P一(sinAb+3cosAb)](19)…cz(sin~b+3co~b)].2i34图4,与k的关系曲线%———百-ooR(I即m——————一图5,与R的关系曲线～——～aDt图6,与t的关系曲线————bO图7d,与b的关系曲线??3l专论jM&P讫I矿耪与加I1999年第7期由图4可看出和随k的变化规律,它们在1/<拍<//内有最大值.图5,6,7分别描述了和随简体尺寸(R,t)及焊接条件(b)的变化规律.综上所述,文章根据焊接应力变形理论,建立起适当的力学模型,再利用柱壳理论的计算方法, 对薄壁圆筒平封头环缝焊接所引起的应力与变形.进行了详细地分析推证,得出了定量的解析式.这在化工容器设备的设计制造中有较重要的参考作用.参考文献Ir?A?尼古拉也夫'焊接结构)交通大学焊接教研室译64.2棣芒编.弹性力学,第二版19823范钦珊.轴对称应力分析1985(收捣日期:[999—03—05) StressesandDeformationsofRingWeldtoFlatSealingHeadofThinWall'SRoundTubeJiRendong(Iianyungangcollegeolchemiea[Technology) AbstractThepaperl1seIupha㈣1modelofcLumfef- entlalbuttweldofthinwall'sroundtube.Ith雎glvequantitativean- swe[~.fstre群andde[ormatlonstofiatse~llngheadofthinwall's mundtube0ntheapproxi~tecalculationmethodot.umn~hell theory,KeywordsThinwall'sroundtube.F岫lsealinghead,Ring …IdStesanddefonⅢL(上接17页)根据现场工程地质调查,矿柱强度估算和矿柱应力实测结果综合分析,得出矿柱是处于稳定状态.1号,2号,3号矿柱的安垒系数分别为275,2.97和304.由此,可以得出矿柱处于稳定状态的可靠指标B为2.47～2.77.5结论(1)蒙特卡洛法求解可靠度与极限状态方程的类型和随机变量的分布类型无关.具有较强的灵活性.(2)考虑到矿柱中应力状态的复杂性,建立矿柱在多向应力状态下的极限状态方程是必要的.(3)柯尔莫哥洛夫法适用于小子样非参数假设检验.计算结果表明,矿柱应力分布函数服扶正态分布的假设.(4)矿柱处于稳定状态的可靠指标8为2.47～2.77.6参考文献l方再根计算机模拟和蒙特卡洛方法.北京:北京工业大学出?32皈社,1988.2刘体宇.矿柱强度估算及稳定性评价武汉工业大学I993,15(3):59～67.3昊世伟结掏可靠度分析北京:人民交通出版桂19904中In大学数学力学系概率论与数理统计(下册)北京:人民教育出版社,19805刘椿字矿柱结掏的可靠性设计武汉工业大学1998,20(1):54～56【收捣日期:1999—02—04)ReliabilityAnalysisofPillarLiuMuyuXuCangyou(WuhanUniversityofTechnologyJ AbstractThispaperanalysesthe~liabilityc】fpillarbyMonteCarto『【【hod.~tablishesthelimitstNtee【】ual10n0fpillarinthethree dimensions~esssbsandvthedistributionf~ctkms.fst…f pillarKolmogorovg..dof_litteaccordingtotheda【a0fmea.,,uredslrres$pillar.Thedlstrlbutlc~n[unctions0fssinpillar啦肿巾】distributionN()Ther~ultofc丑1u【哪showsthalr theteliabilit~"indexofstabilitypillaris247～277KeywordsM[ⅪIteCarloreelhnd,RelialiilliyPillar,Stahilityofpillar。
化工设备设计基础第8章内压薄壁圆筒与封头的强度设计
Sc pcDi
2[]t- pc
计算壁厚公式
考虑腐蚀裕量C2，得到圆筒的设计壁厚
Sd 2[p]ctD-i pc C2
设计壁厚公式
设计壁厚加上钢板厚度负偏差C1，再根据钢板标准规格向上圆整确定 选用钢板的厚度，即名义壁厚（Sn），即为图纸上标注厚度。
一、强度计算公式
1.圆筒强度计算公式的推导 1.2 无缝钢管作筒体（外径DO为基准）
内径为基准 外径为基准
内径为基准 外径为基准
一、强度计算公式
3.球形容器厚度计算及校核计算公式
3.1厚度计算公式
Sc
pcDi
4[]t -
p
计算壁厚
Sd 4[p]ctD i-pc C2
设计壁厚
3.2校核计算公式
t pcDi Se[]t
4S e
[pw]
4[]tSe
Di Se
已有设备强度校核
确定最大允许工作压 力
常温容器 中温容器 高温容器
[]
minnss
，b
nb
[]t
minnsst
，bt
nb
[]t
minnsst
， D t ， nt
nD nn
二、设计参数的确定
3.许用应力和安全系数
3.2安全系数
安全系数的影响因素： ①计算方法的准确性、可靠性和受力分析的的精确程度； ②材料的质量和制造的技术水平； ③ 容器的工作条件以及容器在生产中的重要性和危险性。
当
0
n
[]
二、强度理论及其相应的强度条件
复杂应力状态的强度条件，要解决两方面的问题： 一是根据应力状态确定主应力； 二是确定材料的许用应力。
内压薄壁容器的主应力：
薄壁容器应力测定实验
机械工程学院实验报告实验名称：专业班级：学号：姓名：日期：实验报告内容实验一薄壁容器应力测定实验一、实验目的1、实测封头在内压作用下的应力分布规律。
2、学习电阻应变仪的使用方法。
二、实验内容实测在不同内压力作用下封头和筒体上各测点的应变值，画出各测点的P-ε修正曲线（线性关系），并在修正曲线上求得在0.6 MPa压力下应变修正值，由应变修正值计算在0.6MPa下各点的应力值，绘制0.6 MPa下的封头应力分布曲线，利用所学理论解释封头的应力分布状况，并对存在的问题进行讨论。
三、实验装置过程装备与控制工程专业基本实验综合实验台，详见附录二。
实验容器的材料为304，容器内径400=iD mm，壁厚4=δmm，椭圆形封头的应变片布置如图1-1所示，椭圆型封头各测点距封头顶点距离如表1-1。
其他形式封头布片见附录四。
图1-1椭圆形封头的应变片布置表1-1 椭圆型封头各测点距封头顶点距离（mm）序号 1 2 3 4 5距离20 60 90 120 145序号 6 7 8 9 10距离170 190 210 230 250应变片的布置方案是根据封头的应力分布特点来决定的。
封头在轴对称载荷作用下可以认为是处于二向应力状态，而且在同一平行圆上各点受力情况是一样的。
所以只需要在同一平行圆的某一点沿着经向和环向各贴一个应变片实验报告内容即可。
经向应变片的中点线和环向应变片的轴线必须位于欲测之点所在的平行圆上。
四、实验原理1．应力计算：薄壁压力容器主要由封头和圆筒体两个部分组成，由于各部分曲率不同，在它们的连接处曲率发生突变。
受压后，在连接处会生产边缘力系——边缘力矩和边缘剪力。
使得折边区及其两侧一定距离内的圆筒体和封头中的应力分布比较复杂，某些位置会出现较高的局部应力。
利用电阻应变测量方法可对封头和与封头相连接的部分圆筒体的应力分布进行测量。
2.应力测定中采用电阻应变仪来测定封头上各点的应变值，然后根据广义虎克定律换算成相应的应力值。
焊接应力与变形产生的原因及对策
焊接应力与变形产生的原因及对策
焊接过程中，由于焊接热量的作用，会引起材料的膨胀和收缩，从而产生应力和变形。
这些应力和变形会影响焊接件的尺寸精度、强度和耐久性，甚至导致焊接件出现裂纹和变形失效。
造成焊接应力和变形的原因主要有以下几个方面：
1. 热应力：焊接过程中，由于焊接热量的作用，使得焊接区域的温度急剧升高，从而引起材料的扩张和收缩。
这种温度差异会产生热应力，导致焊接件发生变形和应力。
2. 冷却应力：焊接完成后，焊接件会迅速冷却，冷却速度过快会导致焊接件表面和内部温度梯度过大，产生冷却应力，进而引起应力和变形。
3. 材料不匹配：焊接材料的热膨胀系数、熔点、硬度等物理性质不同，容易导致焊接区域产生应力和变形。
4. 焊接结构设计不合理：焊接结构设计不合理，如焊接位置不当、焊接接头不够强壮等，容易导致应力集中和变形。
针对焊接应力和变形的问题，可以采取以下对策：
1. 控制焊接热量：采用合适的焊接参数，控制焊接热源的大小和位置，以减少焊接区域的温度梯度，从而降低应力和变形。
2. 加强冷却措施：在焊接完成后，采取适当的冷却措施，如缓慢冷却、局部加热等，以减少焊接件的冷却速度，从而降低冷却应力。
3. 选择合适的焊接材料：选择合适的焊接材料，如选择热膨胀
系数和熔点相似的材料，可以减少焊接区域的应力和变形。
4. 优化焊接结构设计：优化焊接结构设计，加强焊接部位的加强设计，采用适当的焊接方式和焊接技术，可以减少应力集中和变形。
总之，采取合适的对策，可以有效地控制焊接应力和变形，提高焊接件的质量和性能。
焊接应力与变形及措施
4.2 焊接应力与变形：4.2.1 焊接变形和残余应力的不利影响：焊接变形{1.影响工件形状、尺寸精度2.影响组装质量3.增大制造成本———矫正变形费工、费时4.降低承载能力———变形产生了附加应力焊接应力{1.降低承载能力2.引起焊接裂纹，甚至脆断3.在腐蚀介质中，产生应力腐蚀裂纹4.引起变形4.2.2 焊接变形和应力的产生原因：根本原因：对焊件进行的不均匀加热和冷却，如图6-2-8焊接应力{焊接加热时，焊缝区受压力应力（因膨胀受阻，用符号“-”表示） 远离焊缝区手拉应力（用符号“+”表示）焊后冷却时，焊缝受拉应力（因收缩受阻），远离焊缝区受压应力焊接变形：当焊接应力超过金属σs 时，焊件将产生变形焊接应力和焊接变形总是同时存在，不会单独存在，当母材塑性较好，结构刚度较小时，焊接变形较大而应力较小；反之，则应力较大而变形较小。
4.2.3 焊接变形的控制和矫正：4.2.3.1 焊接变形的基本形式，如图6-2-9如图6-2-9 常见的焊接残余变形的类型1、2---纵向收缩量3---横向收缩量4、5---角变形量f---挠度（1）收缩变形：即焊件沿焊缝的纵向和横向尺寸减少，是由于焊缝区的纵向和横向收缩引起的。
如图5-2-9 a（2）角变形：即相连接的构件间的角度发生改变，一般是由于焊缝区的横向收缩在焊件厚度上分布不均匀引起的。
如图5-2-9b（3）弯曲变形：即焊件产生弯曲。
通常是由焊缝区的纵向或横向收缩引起的。
如图5-2-9c（4）扭曲变形：即焊件沿轴线方向发生扭转，与角焊缝引起的角度形沿焊接方向逐渐增大有关。
如图5-2-9d（5）失稳变形（波浪变形）：一般是由沿板面方向的压应力作用引起的。
如图5-2-9e4.2.3.2 控制焊接变形的措施（1）设计措施（详见焊接结构设计）尽量减少焊缝的数量和尺寸，合理选用焊缝的截面形状，合理安排焊缝位置──尽量使焊缝对称或接近于构件截面的中性轴（以减少弯曲变形）。
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薄壁圆筒平封头环焊缝的应力与变形专论?lM&P纯I矿物与加I1999年第7期79一乡薄壁圆筒平封头环焊缝的应力与变形季润东———一(连云港化工高等专科学校连云港222001)摘要通过对薄壁圆筒环向对接焊缝建立适当的力学模型.再利用柱壳近似计算方法.导出了薄壁圆筒平封头环阿焊鹱应力与变形的分折解答.关键词薄壁圆筒平封头环向焊缝应力与变形—一,一,一一)一对于薄板单道对接焊缝,可近似看成为用线热源一次焊成的焊缝.在不考虑施焊过程的时间效应,焊后的应力可认为是沿焊缝方向的单向应力状态.焊缝区的应力和变形是由于焊缝区在宽度为26内的塑性变形引起的.根据总应变量的面积相等及相对焊缝中心线的面积矩相等的原则,可将焊缝残余应变的实际分布简化成在2b宽度内为均匀分布的等效初始应变与此同时就有相应的初始应力.对于一般的结构钢.在大宽度平板对接焊缝中.通常取=e.因此也就有=对于薄壁圆筒,当其直径较大时.简体的环向对接焊缝就趋近于平板对接焊缝.如果设想宽度为26的环向焊缝区是与简体无任何联系的分离体,则其塑性收缩变形就不受任何约束,只产生径向收缩变形.=￡皿,无环向应力.这时,要使这样的分离体恢复到焊前状态,须在其内侧施加一个均匀的径向压力q,此时有环向应力=,即=t/n,其中才为简体壁厚,R为半径.而实际上这样的分离体是简体的焊缝区的一部分,其效果就如同该焊缝区26宽度内的外表面上作用有均匀的径向压力q一样. 且g=q=詈.如图1所示.如此简化的力学模型是与焊缝所引起的应力与变形是等效的.缱图1筒体环缝力学计算模型根据弹性力学的柱壳理论.在圆筒某一截面上受有沿环向的均匀分布载荷P时,其产生的径向位移w为:w(bⅫb)(1)式中;=o=一泊松比将(1)式用于图1所示的载荷上,则口引起的径向变形,可通过积分求得,如图2所示,得到: 在2b范围内的某一截面K上有=警[2一emn(6+)一')cos).(b一-r)](2)在2b范围以外的某一截面,上有=差[eZ(x-b)(z一e'cos).(+b)】(3)29?专论jM&P仡I矿耪与加I1999年第7期(a)(b)图2筒体位移积分分析图对于薄壁圆筒的平封头,在平板与简体封接处为环向焊缝,当该处焊缝为单道一次焊成时,就可借用上述分析结果,求得平封头环向焊缝所引起的应力与变形.一般封头平板要比简体的厚度大,连接处刚性较大.因而在简体与平板封头连接处可认为是刚性连接,则在简体的连接端就承受到剪力Q和弯矩A,如图3所示.根据轴对称的边缘载荷的解答:图3儒体的边缘载衙:[^Mo(一)一QoCOS,~X](4)由(2),(3)和(4)的结果.筒体连接端焊缝及其附近部位的挠度方程为:wKwK+w=—2~.3D【^JⅥ.(sin2x—cos2x)一Qoco~x]+差一",cos),(b㈦一(.cos),(b—)](5):+=[^(sin2x—cos~x)一Qocos~x]+差(-6)?n?一Pcos2(-r+b)J(右)对刚性固定端有x=0,w=0,=0,代入(5)式可求得:眠:一(1cos~b)(7):(1一6)(8)将(7),(8)式分别代入(5)和(6)式,就得到薄壁圆筒平封头环向焊缝所引起的径向位移: w:一豢(+c)(1一"6c6)+差【2_,co~(b川一a(bcos).(b—)](9)w,=一豢一㈠+州1一%os2b)+差m训-6)一【…c∞(+b)](10)根据柱壳轴对称弯曲问题,筒体横截面上的弯矩为一D,因此.由(9),(10)式可得MK:O.t(n一∞z)(1_rco~b)+【e-atg*X)sin+)+e(,)c0s(b—)](11)jOot(抽一∞z)(1-—c赫6)oot【e-h(z.1,)s以(+6)专论IM&P化I矿耪s加I1999年第7期一PsinA(—b)](20)由此可求得横截面上内外边缘的应力为==(sinAx—cos,~x)(1一e-~'cos.tb)[e-a(~,*X)sinA(6+)+P'cosA(6一)](13)一:i了i雨(sin)~c—co$3.x)(1一e6)±[e-a(~+b)sinA(¨6)一P(一sinA(—b)](14)当X≤b时,在筒壁中面上的环向应力为咖:一,其中晰=E警,这是由于筒体产生径向变形而释放的应力,因而K截面上内外边缘的环向应力为EWK6WK啉一]广一譬paxK).一]LJ当X>b时,r截面上内外边缘环向应力为:脚(16).eI!x】\b由(13)和(15)式,简体封头端(x:O)的纵向应力和环向应力分别为一而一e-(sinAb+3co~b)](17).一e-(sinAb+3cos;~b)](18)将(17),(18)式无量纲化并取其中的正号则有志一一P一(sinAb+3cosAb)](19)…cz(sin~b+3co~b)].2i34图4,与k的关系曲线%———百-ooR(I即m——————一图5,与R的关系曲线～——～aDt图6,与t的关系曲线————bO图7d,与b的关系曲线??3l专论jM&P讫I矿耪与加I1999年第7期由图4可看出和随k的变化规律,它们在1/<拍<//内有最大值.图5,6,7分别描述了和随简体尺寸(R,t)及焊接条件(b)的变化规律.综上所述,文章根据焊接应力变形理论,建立起适当的力学模型,再利用柱壳理论的计算方法, 对薄壁圆筒平封头环缝焊接所引起的应力与变形.进行了详细地分析推证,得出了定量的解析式.这在化工容器设备的设计制造中有较重要的参考作用.参考文献Ir?A?尼古拉也夫'焊接结构)交通大学焊接教研室译64.2棣芒编.弹性力学,第二版19823范钦珊.轴对称应力分析1985(收捣日期:[999—03—05) StressesandDeformationsofRing WeldtoFlatSealingHeadofThinWall'SRoundTubeJiRendong(Iianyungangcollegeolchemiea[Technology) AbstractThepaperl1seIupha㈣1modelofcLumfef- entlalbuttweldofthinwall'sroundtube.Ith雎glvequantitativean- swe[~.fstre群andde[ormatlonstofiatse~llngheadofthinwall's mundtube0ntheapproxi~tecalculationmethodot.umn~hell theory,KeywordsThinwall'sroundtube.F岫lsealinghead,Ring …IdStesanddefonⅢL(上接17页)根据现场工程地质调查,矿柱强度估算和矿柱应力实测结果综合分析,得出矿柱是处于稳定状态.1号,2号,3号矿柱的安垒系数分别为275,2.97和304.由此,可以得出矿柱处于稳定状态的可靠指标B为2.47～2.77.5结论(1)蒙特卡洛法求解可靠度与极限状态方程的类型和随机变量的分布类型无关.具有较强的灵活性.(2)考虑到矿柱中应力状态的复杂性,建立矿柱在多向应力状态下的极限状态方程是必要的.(3)柯尔莫哥洛夫法适用于小子样非参数假设检验.计算结果表明,矿柱应力分布函数服扶正态分布的假设.(4)矿柱处于稳定状态的可靠指标8为2.47～2.77.6参考文献l方再根计算机模拟和蒙特卡洛方法.北京:北京工业大学出?32皈社,1988.2刘体宇.矿柱强度估算及稳定性评价武汉工业大学I993,15(3):59～67.3昊世伟结掏可靠度分析北京:人民交通出版桂19904中In大学数学力学系概率论与数理统计(下册)北京:人民教育出版社,19805刘椿字矿柱结掏的可靠性设计武汉工业大学1998,20(1):54～56【收捣日期:1999—02—04)ReliabilityAnalysisofPillarLiuMuyuXuCangyou(WuhanUniversityofTechnologyJ AbstractThispaperanalysesthe~liabilityc】fpillarbyMonteCarto『【【hod.~tablishesthelimitstNtee【】ual10n0fpillarinthethree dimensions~esssbsandvthedistributionf~ctkms.fst…f pillarKolmogorovg..dof_litteaccordingtotheda【a0fmea.,,uredslrres$pillar.Thedlstrlbutlc~n[unctions0fssinpillar啦肿巾】distributionN()Ther~ultofc丑1u【哪showsthalrtheteliabilit~"indexofstabilitypillaris247～277 KeywordsM[ⅪIteCarloreelhnd,RelialiilliyPillar,Stahilityof pillar。