焊接变形和残余应力的数值计算方法与程序

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页数:194
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出版时间:2008-11
价格:80.00元
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isbn号码:9787561441862
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  • 焊接变形
  • 残余应力
  • 数值计算
  • 有限元
  • ANSYS
  • ABAQUS
  • 焊接工程
  • 结构力学
  • 数值模拟
  • 金属材料
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具体描述

《焊接变形和残余应力的数值计算方法与程序》针对工程技术人员和高校学生,深入浅出地用3根棒所构成的非常简单的1维力学模型说明焊接变形和残余应力的生成过程;同时对以固有应变为基础的残余应力、变形预测以及测定的基础理论进行简要的阐述。焊接变形和残余应力一直是困扰工程技术人员的一大难题。《焊接变形和残余应力的数值计算方法与程序》配有可以体验计算焊接变形和残余应力的程序以及基本例题的CD。根据《焊接变形和残余应力的数值计算方法与程序》的解说,可以在个人计算机上体验焊接温度、残余应力和变形计算。《焊接变形和残余应力的数值计算方法与程序》还引用典型的计算实例介绍焊接变形和残余应力分析的方法和目的。CD中还收录了热弹塑性计算所需的各种材料的热物理、力学性能数据和基本理论。《焊接变形和残余应力的数值计算方法与程序》是工程技术人员和高校学生学习和掌握焊接变形和残余应力基础知识的有力工具。

《焊接变形和残余应力的数值计算方法与程序》的主要内容如下:

第1章 焊接力学的基础知识,即绪论,焊接力学的基础知识,残余应力和固有应变的生成机理。

第2章 固有应变法测量和预测残余应力的基础理论,即固有应变和生成应力的关系,2维及3维残余应力的测量方法,焊接残余应力的预测。

第3章 焊接力学模拟的基础,即焊接的温度场和应力场模拟的基础知识。

第4章 有限元法的基础知识,即问题的种类和基本计算式,变分原理,热弹塑性问题的分析实例。

第5章 关于《焊接变形和残余应力的数值计算方法与程序》程序的问与答,即程序概要,焊接热传导程序heat2d.exe的问与答,热弹塑性的程序tepc2d.exe的问与答,固有应变法程序inhs2d.exe的问与答,子程序awsd.exe的问与答,计算例题数据。

第6章 有限元程序的焊接热传导、焊接变形及残余应力的体验计算,即焊接热传导heat2d.exe的体验计算,热弹塑性FEM程序tepc2d.exe的体验计算,固有应变FEM程序inhs2.exe.的体验计算,固有应变程序inhs2d.exe的残余应力的预测计算。

第7章 焊接应力及变形的各类问题和对策,即对接接头的冷裂纹和约束、减少疲劳裂纹的角焊缝焊接残余应力分析、多层焊接残余应力和焊接裂纹、极厚板多层对接接头的残余应力分析,防止管道接头的应力腐蚀的水冷式焊接,线状加热的变形预测、点焊接过程模拟、大型焊接结构的变形分析等计算实例。

《工程材料力学性能与应用》 本书致力于系统阐述工程领域常用材料的力学性能,深入分析其在不同载荷、温度及环境条件下的行为规律,并着重探讨这些性能如何影响和决定材料在实际工程应用中的选材、设计与可靠性。 核心内容与结构: 本书分为三个主要部分:材料力学性能的基础理论,典型工程材料的性能分析,以及材料性能在工程应用中的考量。 第一部分:材料力学性能的基础理论 本部分将回归工程材料力学性能的本质,为读者构建坚实的理论基础。 应力与应变: 详细介绍应力、应变的概念,区分不同类型的应力(正应力、剪应力)和应变(弹性应变、塑性应变)。阐述应力-应变曲线的各个阶段(弹性阶段、屈服阶段、强化阶段、断裂阶段),并分析不同材料在此曲线上的特征表现。重点介绍如杨氏模量、泊松比、屈服强度、抗拉强度、断裂伸长率等关键力学性能指标的定义、测量方法及其物理意义。 材料的力学行为: 深入探讨材料在不同加载方式下的行为,包括拉伸、压缩、弯曲、扭转和剪切。分析应力集中现象及其对结构安全性的影响,介绍减小应力集中的设计原则。 蠕变与疲劳: 详细讲解材料在恒定载荷下随时间推移发生的变形(蠕变),以及在循环载荷下发生的损伤累积(疲劳)。阐述蠕变曲线的特征,介绍影响蠕变和疲劳寿命的关键因素(如温度、应力水平、加载频率、材料微观结构)。分析疲劳裂纹的萌生、扩展和断裂过程,介绍S-N曲线(应力-寿命曲线)的绘制与应用。 断裂力学基础: 引入断裂力学的基本概念,包括应力强度因子、断裂韧度等。阐述裂纹扩展的临界条件,解释断裂韧度如何衡量材料抵抗裂纹扩展的能力。介绍断裂韧度测试方法及其在材料评价中的作用。 冲击韧性与硬度: 解释冲击韧性(材料吸收能量抵抗断裂的能力)的概念,介绍摆锤冲击试验(如Charpy试验)的原理和结果分析。阐述硬度(材料表面抵抗压痕的能力)的概念,介绍常见的硬度测试方法(如洛氏硬度、布氏硬度、维氏硬度)及其与材料其他力学性能的关联性。 材料的损伤与失效机理: 系统梳理材料可能发生的各种损伤形式,如脆性断裂、韧性断裂、疲劳断裂、蠕变断裂、应力腐蚀开裂等。深入剖析不同失效机理的内在原因和外部诱因,为工程设计提供失效预防的依据。 第二部分:典型工程材料的性能分析 本部分将聚焦于工程实践中最常使用的几类材料,对其力学性能进行具体分析。 金属材料: 钢铁材料: 详细介绍碳钢、合金钢(如不锈钢、工具钢)的基本性能,包括强度、塑性、韧性、硬度、焊接性、热处理响应等。分析不同热处理工艺(退火、正火、淬火、回火)对钢材力学性能的影响。 铝合金及镁合金: 介绍铝合金和镁合金的典型牌号及其特性,突出其轻质高强、耐腐蚀等优点。分析其在拉伸、压缩、蠕变等方面的性能表现,以及加工硬化和热处理对性能的影响。 钛合金: 阐述钛合金独特的力学性能,如高比强度、优异的耐腐蚀性、良好的高温性能等。分析其在航空航天、医疗器械等领域的应用优势。 铜合金: 介绍铜及其合金(如黄铜、青铜)的导电性、导热性、耐磨性及加工性能,分析其在电气、机械部件中的应用。 高分子材料(塑料与橡胶): 塑料: 介绍热塑性塑料和热固性塑料的基本区别,分析其力学性能(如弹性模量、强度、韧性),以及温度、加载速率对其性能的影响。 橡胶: 阐述橡胶的弹性特性,分析其高伸长率、低模量的力学行为。介绍硫化等工艺对橡胶性能的影响。 陶瓷材料: 陶瓷: 讲解陶瓷材料的高硬度、高耐温性、高耐磨性,但同时也存在低韧性和脆性大的特点。分析其在极端环境下的应用潜力。 复合材料: 纤维增强复合材料: 介绍碳纤维、玻璃纤维等增强体与聚合物基体复合而成的材料。分析其各向异性力学性能,以及纤维体积分数、铺层顺序等对其整体性能的影响。 第三部分:材料性能在工程应用中的考量 本部分将理论与实践相结合,探讨如何将材料的力学性能知识应用于实际工程问题。 材料的选用原则: 依据工程结构的功能要求、载荷条件、工作环境、经济性及可加工性等因素,介绍系统性的材料选择方法。例如,对高强度要求的结构应优先考虑高强度钢或铝合金;对耐磨性要求高的部件可选用高硬度合金钢或陶瓷;对轻量化设计则应考虑铝合金、镁合金或复合材料。 结构设计的力学考量: 强调在结构设计过程中,必须充分考虑材料的力学性能极限。例如,确定构件的许用应力,避免发生屈服或断裂;根据疲劳寿命要求,计算构件的允许应力幅;在高温环境下,需要考虑材料的蠕变性能;在低温环境下,则需关注材料的低温韧性。 连接与装配的力学影响: 分析焊接、铆接、螺栓连接等不同连接方式对材料力学性能的影响,特别是焊接可能引起的应力集中和性能变化。 失效分析与预防: 结合实际工程案例,讲解如何通过分析材料的失效模式,追溯失效原因,并提出相应的改进设计和制造工艺的建议,以提高工程结构的可靠性和安全性。 无损检测技术与材料性能评价: 简要介绍超声波检测、X射线检测、磁粉检测等无损检测技术在评估材料内部缺陷和宏观性能方面所起的作用。 本书特色: 本书力求理论严谨,概念清晰,内容全面。在阐述基本理论的同时,注重与实际工程应用的结合,通过丰富的实例和分析,帮助读者建立对工程材料力学性能的直观认识。语言力求准确、流畅,避免使用过于生涩的专业术语,以便更广泛的读者群体理解和学习。读者通过阅读本书,将能深刻理解材料的力学行为,掌握材料选择和结构设计的关键原则,从而为解决实际工程问题提供坚实的知识支撑。

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读后感

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用户评价

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这本书的语言风格非常克制、严谨,几乎没有华丽的辞藻,完全是理工科写作的典范——直击要害,逻辑链条清晰。每一节的论述都建立在前一节的结论之上,像搭建一座精密的数学大厦。我特别欣赏作者在给出每一个关键公式时,都会附带对变量物理意义的解释,这避免了读者陷入纯粹的符号泥潭。例如,在讨论相变对材料性能的影响时,作者不仅列出了阿伦尼乌斯型的扩散方程,还细致地解释了扩散系数如何受温度和碳含量的双重影响,这在处理钢材的焊接热影响区时至关重要。这本书的阅读体验与其说是在“看书”,不如说是在“进行一次深入的学术研讨”。当然,这种高度的学术性也带来了一定的门槛,对于刚接触有限元分析的初学者来说,可能需要结合其他入门级的材料一起阅读,否则直接啃这本书可能会感到吃力,需要较强的数学背景作为支撑才能真正领会其精髓。

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这本书的封面设计得非常朴实,以深蓝色为主色调,中间是白色粗体的书名,下面配着一些技术性的图表剪影,整体给人的感觉是严谨、专业,一看就是面向工程技术人员的硬核读物。我最初是被它标题中“数值计算”和“程序”这两个关键词吸引的。我一直从事结构设计工作,在实际项目中,焊接引起的变形和应力问题是常年绕不开的痛点,尤其是在大型结构件的设计阶段,如何准确预估这些影响因素,直接关系到后期的加工精度和使用寿命。这本书的厚度让人望而生畏,但翻开目录,看到诸如“有限元理论基础”、“热-力耦合分析模型”、“不同焊接工艺的仿真参数设定”等章节时,心中便涌起一股踏实的暖流。我特别期待它在“残余应力”这块的讲解,市面上很多书籍要么理论晦涩难懂,要么就是泛泛而谈,希望能在这本书里找到一套系统化、可操作的计算流程,最好能结合具体的工程案例,让我能把书上的知识点直接映射到我的实际工作场景中去,而不是停留在纯粹的数学推导层面。如果它能提供一些现成的程序接口或算法伪代码,那就更完美了,毕竟在这个数字化时代,手工计算早已不切实际。

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这本书的编排结构,体现出作者深厚的工程实践底蕴。它不是按照标准的数值分析教科书的结构来组织,而是完全围绕“焊接”这一特定场景展开。比如,它开篇就花了很大篇幅讲解了如何根据不同的焊缝类型(如搅拌摩擦焊、激光焊)来选择合适的瞬态热源模型,这明显是站在解决实际工程问题的角度来设计的。这种“问题导向型”的结构,让我能够快速定位到我当前项目中最需要参考的部分。此外,书中穿插了一些作者在不同工业界合作项目中遇到的实际难题和解决方案,虽然没有直接放出完整的程序代码,但对于如何“调试”一个发散的或不稳定的焊接仿真,提供了宝贵的经验性指导。总体而言,这是一本从理论深度、工程关联性、以及问题解决思路构建上都达到极高水准的专业参考书,对于从事高端装备制造、压力容器、大型钢结构设计的工程师来说,是案头必备的工具书之一,它提供的不仅仅是方法,更是一种严谨的治学态度。

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从实用性的角度来看,这本书的价值在于它提供了构建和验证数值模型的“思维框架”,而非仅仅是“操作指南”。我注意到作者在评估不同网格划分策略对计算精度影响的章节中,展示了一组详细的收敛性测试数据,这远比软件自带的“建议”来得更有说服力。这本书让我开始反思过去处理焊接变形时过于依赖经验参数的习惯。例如,书中强调了冷却速率对奥氏体转变、贝氏体转变的影响,并将其量化到应力计算中,这在传统经验模型中往往是被简化或忽略的环节。然而,我发现书中对后处理和结果可视化方面着墨不多,很多关键的应力云图和位移矢量图都是用非常基础的示意图代替的。鉴于现在可视化工具的强大,如果能有更多关于如何高效、准确地从数值结果中提取关键工程信息(比如最大层拉应力的分布路径)的指导,这本书的实用价值会得到进一步的提升。

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读完前三章,我必须承认,这本书的理论深度远超我的初步预期。它没有简单地停留在介绍商业软件的使用手册层面,而是深入挖掘了背后支撑这些计算的物理模型和数值算法的局限性。作者对于热传导方程在非均匀加热条件下的离散化处理,以及如何将这些离散化的结果有效地传递给结构力学方程进行应力求解,讲解得细致入微。尤其值得称赞的是,作者在讨论各种数值积分格式(如隐式与显式)时,清晰地分析了它们在处理焊接这种强非线性、强瞬态问题时的计算效率和稳定性权衡。这对于我们这些需要开发定制化计算模块的工程师来说,是无价之宝。我以前总觉得市面上的软件结果“黑箱”了,但这本书提供了一把钥匙,让我能理解每一次迭代背后的逻辑。遗憾的是,关于复杂焊缝几何形状(比如T型接头或角焊缝)的边界条件设定,似乎没有专门的章节进行深入探讨,这在实际的薄板结构模拟中非常常见,希望后续版本能有所补充。

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