金属板材激光诱导自由成形边缘效应的抑制策略研究

针对板材激光诱导自由成形过程中的边缘效应现象,利用有限元分析方法,通过对板材激光诱导自由成形过程中板材受到的应力进行有限元分析,提出了一种减小板材边缘效应的有效扫描方式——间断扫描,并通过有限元分析及5A06铝合金板材的成形实验,对这种方法进行了验证,结果表明这种方法能有效减小板材激光诱导自由成形中的边缘效应现象。     

基于尖点突变理论的平行组拼双肋拱侧倾失稳临界荷载计算新方法

基于尖点突变理论,首次以平行组拼双肋拱为研究对象,设定了结构侧倾屈曲位移函数,构建了侧倾失稳变形能量表达式,通过数学转换,建立了尖点突变模型,获得了平行组拼双拱肋系统的平衡曲面M方程和分歧点集B方程,通过分析体系失稳条件,计算了分歧点集解,推导了系统侧倾失稳临界荷载计算公式,提出了平行组拼双肋拱侧倾失稳临界荷载计算新方法;最后与有限元数值解进行了对比分析,结果表明:文中所推导的侧倾失稳临界荷载理论解与有限元数值解吻合良好,验证了基于尖点突变理论的平行组拼双肋拱侧倾失稳临界荷载计算方法的正确性,为拱结构侧倾屈曲的研究开辟了一条新途径。     

整体加筋壁板裂纹的应力强度因子研究

通过基于ANSYS的整体加筋壁板三维有限元模型,系统研究了筋板面积比β(即筋条与壁板横截面积之比)以及筋条高宽比(h/b)对壁板内中心对称穿透直裂纹应力强度因子的影响。研究发现:在裂纹向两侧均匀扩展并不断靠近筋条的过程中,只有合理设计筋条尺寸,筋条才能对裂纹应力强度因子起到有效削弱作用,从而延长结构疲劳寿命。给定筋板面积比,若筋条宽或者筋条高不大于壁板厚度(h/t≤1或b/t≤1),应力强度因子随着筋条高宽比的增大而增大,筋条止裂作用减弱;而当筋条宽和筋条高均大于壁板厚度时(h/t>1且b/t>1),应力强度因子随着筋条高宽比的增大而减小,筋条止裂作用增强。基于大量有限元结果拟合的壁板裂纹应力强度因子经验公式可供工程人员进行快速估算。     

激光喷丸成形金属板料的研究

激光喷丸成形金属板料是一种新技术.即用高功率短脉宽的强激光辐照板材,当激光诱导的冲击波幅值超过板材的动态屈服极限时,板材的表层产生了不可恢复的微观塑性变形,从而使板材在厚度方向上产生了不均匀残余应力而使板料发生宏观变形.板材变形的形状受激光脉冲参数、冲击次数、喷丸的轨迹以及板材的机械性能等多种因素影响.板料成形后,表面留有有益的残余压应力而延长了零件的疲劳使用寿命.     

汽车前纵梁高强激光拼焊板成形工艺多目标优化

针对前纵梁高强激光拼焊板成形过程中出现的破裂和回弹变形量大的缺陷,对其成形过程建立了基于整件评估的破裂和回弹目标函数.以压边力、拉延筋阻力系数和凹模口圆角半径为优化变量,通过中心复合实验设计和模拟仿真,构建了反映优化目标和优化变量间关系的回归模型,并采用基于遗传算法的多目标优化技术对工艺参数进行自适应寻优,得到一组综合最优解.经有限元模拟验证和生产实践,结果表明:拉裂情况消除,回弹情况显著减小.     

基于实体单元的板材渐进成形数值模拟分析

为研究渐进成形的成形机理及工艺参数对成形力的影响,应用三维实体单元对成形过程进行数值模拟分析和相应的实验研究.在解决数值模拟中运动轨迹加载等难点问题的基础上,合理简化有限元分析模型,提高数值模拟计算效率.采用坐标网格法实验,并通过检测板材厚度的变化,验证了模拟结果的准确性.通过对模拟和实验结果的研究分析,提出了一种不同于剪切变形的新的变形机理,即主要变形区的板材是平面内拉伸变形及局部反向弯曲变形的组合;对成形力的数值模拟正交实验表明层间距是成形力的主要影响因素,并且成形力随层间距的减小而减小.     

金属板件等离子体弧柔性成形技术基础研究

水火弯曲成形和激光弯曲成形均存在一定局限性，而等离子体弧具有平均能量转换效率高、成本较低等优点．介绍了等离子体弧柔性成形技术的原理和特点，分析了等离子体弧柔性成形的两种基本形式——正向弯曲和反向弯曲的成形机理和控制方法，研究了弧功率、扫描速度、冷却方式、板件材质与几何尺寸等因素对柔性成形的影响规律．研究结果表明：等离子体弧可在工业环境下完成对不同厚度板材的柔性成形．在一定范围内，弯曲速度随着弧功率的提高而提高；可运用小的扫描速度提高弯曲速度，而采用大的扫描速度实现较为精确的弯曲变形；随着板件厚度的增加，相同扫描次数下的弯曲角度明显减小；导热系数大的材质，因难以在材料内部形成大的温度梯度而难以产生弯曲变形．上述研究对合理选择成形参数具有一定的指导意义．     

两道次板材渐进成形过程仿真与实验验证

针对渐进成形工艺加工侧壁较陡零件时板材厚度减薄严重的问题,通过建立基于ABAQUS的两道次板材渐进成形有限元模型,比较单道次与两道次成形路径下零件厚度分布和等效塑性应变历史变化规律,研究了两道次成形策略对板材成形极限的影响。结果显示,与单道次成形件相比,两道次成形件变形量最大的区域离零件底部更近,在所选A、B、C3点处的等效塑性应变最大值分别减小了66.2%、81.9%和36.0%,且板材变形更加均匀,使零件最小厚度增加了16%左右,表明两道次成形路径能大幅提高板材成形极限。经实验验证,数值模拟结果基本与实际吻合。     

箔材激光弯曲成形的有限元模拟

建立了箔材微尺度激光弯曲成形的三维热力耦合有限元模型,并采用大型非线性有限元软件MSC.Marc对其激光弯曲成形过程进行数值模拟.通过模拟计算得到了箔材弯曲变形过程中的温度场、变形场与应力应变场.分析了应力、温度、变形三者之间的内在关系.研究发现:采用功率为25 W,光斑直径为0.2 mm的激光光束,以100 mm/s速度扫描厚度为0.1 mm的不锈钢箔,其弯曲成形的主要机理为温度梯度机理.     

5A06铝合金平板激光诱导热成形试验研究

5A06铝合金具有良好的塑性、断裂韧性、焊接性能及耐腐蚀性,是航天器舱体的首选材料。为探索其在激光诱导下的成形特性,通过试验研究了激光功率、扫描速度、光斑直径、扫描次数等工艺参数对板材弯曲角度的影响规律;并通过比较扫描前后板材的金相组织、硬度、强度等性能的变化,揭示了激光扫描对材料性能的影响情况。试验结果表明:激光诱导热成形可以有效地使5A06铝合金板材发生弯曲,通过合理选择工艺参数可以实现板材任意角度的弯曲;板材经激光扫描后,其晶粒细化、硬度提高但强度变化不大。     

典型复合材料整体化壁板结构刚度研究

由于复合材料耦合作用及结构中材料的不连续,复合材料整体化壁板在面内拉伸和剪切载荷作用下会发生面外的变形,从而影响壁板面内变形的测试。采用数值分析和试验的方法研究了三种复合材料整体化壁板的刚度,建立整体化壁板面内刚度测试方法,提出了壁板描述面内变形的表征参数。结果表明:三种壁板中带筋条的壁板剪切刚度最大,普通的层压板拉伸刚度最大。     

整体加筋翼梁结构止裂性能研究

利用ANSYS软件,研究了整体加筋翼梁结构止裂筋位置和截面不同时的应力强度因子和裂纹扩展特性,为了便于比较,并对无止裂筋梁进行了分析。给出了不同止裂筋位置和截面宽厚比下的应力强度因子曲线,分析了止裂筋断裂后对整体加筋翼梁的影响。最后,在给定止裂筋重量条件下讨论了最优止裂性能筋条的宽厚比。     

HTRB700钢筋材料性能试验

研究表明,提高钢筋的强度将有效提高构件承载力、降低钢筋用量、减小施工难度.目前国外研制并应用于实际工程的高性能钢筋的屈服强度为400–900 MPa.我国研制的高强钢筋的屈服强度已达700 MPa.钢筋是应变率敏感材料,抗震结构以及抗爆结构在设计时均需考虑钢筋的应变率效应.为研究HTRB700钢筋的应变率效应,本文对HRB400和HTRB700钢筋材料的性能进行了试验测试,分别研究了其性能机理和应变率效应.其中,应变率效应试验的应变率范围为2.5×10^-4–100 s^-1.对应变率效应试验结果进行了拟合分析,给出了计算公式,为推广HTRB700新型高强度高塑性钢筋在抗震和抗爆结构中的应用提供参考.     

受腐蚀钢筋力学性能的试验研究

钢筋腐蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性的首要因素.腐蚀会引起钢筋强度降低和延性减弱,进而导致结构承载能力下降.通过对一批已腐蚀钢筋的腐蚀量及腐蚀后力学性能的试验研究,分析了钢筋腐蚀的因素及腐蚀对钢筋力学性能的影响,认为该批钢筋力学性能的降低是腐蚀后受三种因素共同作用的结果;总结了钢筋各项力学性能指标与钢筋腐蚀程度的相关关系,提出当受腐蚀钢筋的重量损失率大于10%时,就应该考虑腐蚀对钢筋性能的影响,予以折减的结论;并总结了各腐蚀量参数间的关系,为衡量钢筋腐蚀程度和结构耐久性分析提供依据.     

三峡永久船闸衬砌墙结构及结构锚杆受力仿真分析

考虑三维接触非线性的结构采用温度徐变仿真计算方法,针对三峡永久船闸闸一衬式和混合式）的整体和分水平缝两种结构形式,就设计人员关心的温度 、外图生的锚杆应力,结构是分缝,钢筋是否过缝,缝面不同接触条件,锚杆优化等实际问题进行分析比较,结果表明分水平缝可以降低混凝土内应力水平,但部分锚杆应力出现集中现象,钢筋过缝对锚杆应力略有改善,可以在是一步减少锚杆布置。     

预应力高强混凝土管桩-承台组合体受力性能

 对5 个预制桩身与承台组合体试件进行低周反复试验, 分析构件的破坏形态、承载力及延性、锚固钢筋的受力, 研究预制桩身与承台锚固钢筋的不同锚固形式对试件受力性能的影响。结果表明:通过连接板焊接锚固钢筋的试件, 倾角锚固钢筋能延缓试件裂缝的发展, 提高试件的承载能力;在桩身内安放钢筋笼并深入承台的锚固钢筋可明显改善管桩-承台组合体试件的整体性, 提高组合体试件的承载能力、延性, 改善组合体试件的变形能力, 且斜角锚固钢筋试件的承载能力优于直角试件。     

层状砂土地基静力变形性状测试

结合工程实测,分析了大型基础下层状砂土地基基底有效附加应力、基础钢筋应力以及基底竖向变形的变化过程与分布规律.研究结果表明,受基坑降水影响,基底上覆土层有效应力增量对基底沉降的贡献不可忽略;基底压应力不能简单假设为均布荷载,基底最大荷载作用点不一定是最大沉降发生点,且基础中心点的沉降值也不一定就是最大沉降值;基底平面上沉降分布不均匀,最大沉降值只有14.22 mm;基础内钢筋应力处于交变状态,应力最大值不超过钢筋设计强度的22%.研究结论可为层状砂土地基及其上大型基础设计提供直接参考依据.     

整体化壁板桁条末端设计及试验研究

复合材料结构整体化设计时,由于设计要求或设计限制条件,机翼壁板的长桁常常在翼肋、机翼的前后梁附近、机翼的油箱附近等部位终止,在长桁截止端处应力集中水平较高,极易引起缘条／蒙皮界面脱胶分层。设计四种不同构型的截止端试件,并开展相应的拉伸试验研究,结果表明,B组试件的截止端斜削构型最优,应力集中水平最低且损伤扩展最小的截止端构型;试验中采用A超检测损伤的发法是可行的,能够直观地呈现出损伤扩展的历程。     

平面应力状态下混凝土强度的软化

变换施加于钢筋砼平板试件水平及垂直方向拉力与压力的比值以及钢筋的配置方向,使平板内产生不同的应力状态、用于研究砼强度的软化性能。研究表明:在二向拉压力作用下,钢筋砼平板中的砼不仅主应力方向的抗压强度降低,而且抗拉强度也降低,即存在砼强度软化现象。同一砼和配筋率情况下,砼强度的降低程度与配筋角度及施加于试件两向的拉压应力比有关,而与加載路径无关。通过分析,提出了砼抗压和抗拉的强度软化计算公式。     

断裂力学方法分析钢筋混凝土的抗裂度

采用断裂力学的方法,通过有限元分析,提出钢筋普通砼和钢筋陶粒砼受弯构件抗裂度计算公式。该方法全面考虑了砼强度等级、配筋率、受拉钢筋位置、试件尺寸效应对钢筋应力的影响,对大尺寸试件用Weibull尺寸效应反映,既考虑截面高度又考虑截面宽度的影响,计算更为合理。用此抗裂度计算公式对33根梁的计算结果与试验符合良好。本文公式不仅能解决一般受弯构件的抗裂度计算问题,同时可对带有较大显著裂缝(包括构造缝)的剩余截面进行抗裂度计算。