冷弯方管纵向残余应力分布的数值分析

应用有限元数值技术,模拟了冷弯方管的辊弯成型与回弹过程中所产生的截面纵向残余应力分布,并分析了冷弯方管宽度、壁厚和钢材屈服强度等参数对其纵向残余应力分布的影响效应.研究表明冷弯方管纵向残余应力沿壁厚方向呈现非线性分布,外壁受拉、内壁受压,外壁与内壁在数值上基本相等;弯角部位和平板部分的纵向残余应力幅值分别达到冷弯方管钢材屈服强度的50%和45%;随着壁厚的增加,边长小的冷弯方管纵向残余应力有所提高,而边长大的冷弯方管这种趋势并不明显;随着边长的增大,冷弯方管纵向残余应力减小;随着冷弯方管屈服强度的变化,纵向残余应力与屈服强度的比值变化不大.     

电化学腐蚀法测试冷弈薄壁型钢的残余应力

主要探讨了用电化学腐蚀测试冷弯薄壁型钢残余应力的实施方法,并对冷弯卷边角钢的残余应力用这种方法进行了测试,得到了冷弯薄壁型钢残余应力分布的基本规律。     

卷边槽形截面冷弯厚壁型钢冷弯效应

为研究开口冷弯厚壁型钢中冷弯效应对截面屈服强度的影响,进行了材性拉伸和短柱轴压试验.首先,选取了5根壁厚分别为3,8,12和16 mm、屈服强度分别为Q235和Q345的冷弯卷边槽钢,对其截面中的腹板、翼缘、卷边、弯角部位分别取样进行材性拉伸试验,在此基础上提出了冷弯厚壁卷边槽钢截面屈服强度分布模型.然后,选取了与材性试验相同规格的5根短柱进行轴心受压试验,以进一步研究全截面屈服强度的提高情况.最后,将短柱试验结果与屈服强度分布模型、主要国外相关规范公式的计算结果分别进行了对比.结果发现,冷弯强化效应对冷弯厚壁型钢的屈服强度影响较大,其影响程度主要取决于板件宽厚比;屈服强度分布模型、各国规范公式计算结果与试验值接近,但均略偏于不安全,其中我国规范GB 50018—2002计算的值最接近试验值,且离散系数小,适用性最好.     

铝锂合金薄板自动钻铆残余应力特性

利用主应力法推导了铆接壁板所受压力的力学公式,将壁板等效为厚壁圆筒,根据空间轴对称问题求解方法,得出铆接孔孔壁处径向和周向残余应力的表达式,理论分析结果可以合理解释镦头高度和钉孔直径对孔壁处残余应力的影响规律:随着镦头高度和钉孔直径的变化,孔壁各处径向残余应力的变化并不明显,而周向残余应力的变化十分显著;镦头高度和孔径尺寸的增加使周向残余压应力的绝对值下降,甚至出现残余压应力转变为残余拉应力的情况.对于孔壁处残余应力沿板厚方向的分布,采用有限元方法进行分析.结果表明,上、下壁板间应力存在突变,下壁板孔壁处残余应力呈"C"型分布.得出铝锂合金材料在自动钻铆过程中相关工艺参数的合理取值.     

磁处理降低焊接残余应力中磁场方向的影响

为了解磁处理可降低铁磁性材料残余应力的内在机理和作用规律,通过实验研究了焊接试板在经不同磁场方向的磁场处理前后的残余应力分布,发现焊板平面内垂直于焊缝方向磁场处理后,焊缝区附近的残余应力有明显的降低;沿板厚方向磁场处理后,焊缝区附近残余应力也有所下降;而磁场方向沿焊缝方向进行处理,残余应力降低不明显。这说明磁场方向垂直于最大主应力方向时最有利于残余应力的降低。该文还初步分析了磁处理降低焊接残余应力时,磁场方向影响其效果的机理。     

热处理状态和工艺顺序对铝型材弯曲回弹的影响

采用实验和数值仿真相结合的方法研究了材料热处理状态和工艺顺序对6063铝型材弯曲回弹的影响规律和机理.结果表明:型材绕弯变形区内外层材料分别为压应力和拉应力起主导作用,中性层附近材料为明显的拉-压两向应力集中区.外力卸载后,中性层存在很大的残余拉应力;挤压态型材经人工时效处理后绕弯成形回弹角将会变大.且随着人工时效时间的延长,内外侧材料最大拉压应力差变大,回弹角逐渐增大;弯曲型材后续经人工时效或电泳烤漆处理,产生二次回弹.且弯曲角度越大,热处理后回弹角会增大.进一步延长人工时效时间,弯曲型材的回弹角基本不变;弯曲型材的三种成形工艺顺序方案中,挤压态型材先经冷弯成形再紧接着进行人工时效和电泳烤漆处理总的回弹角最小.     

X射线衍射法测量冷轧带钢残余应力

残余应力的不均匀分布是影响板形的根本原因.为了深入了解冷轧带钢残余应力的分布情况,文章采用X射线衍射法对在不同轧制条件下冷轧后带钢的残余应力进行了测量分析,研究了残余应力沿板厚方向的变化、张力对残余应力分布的影响以及残余应力与板形的关系.研究的结论对制定与完善板带轧制规程、提高板形质量具有重要意义.     

宽板弹塑性纯弯曲的一个精化理论

本文采用Q次Lagrange分段插值来逼近材料的真实应力应变关系,对于宽板的弹塑性纯弯曲问题,提出了一个考虑应力中性层、无伸长层及截面的几何中心层分离效应的精化理论。推出了计算变形时板内的径向应力、周向应力、板厚变化、弯矩以及完全卸载后弯曲角的回弹量计算公式。算例表明,理论结果与实验结论一致。本文的结果,对于板材的弯曲成形研究具有重要的意义。     

冷弯薄壁C形钢的残余应力模拟

残余应力的存在会影响冷弯薄壁C形钢构件的整体稳定性。通过对冷弯残余应力的实测结果和分布规律进行分析,建立了接近实际的冷弯C形钢残余应力计算模型,创建能够描述残余应力分布和大小的初应力文件,通过ANSYS将该文件读入有限元构件计算出冷弯残余应力。计算结果与实测结果吻合良好,证明初始应力文件法模拟冷弯C形钢的残余应力是可行的。     

基于弹塑性压力中性层偏移的棒材二辊矫直回弹模型

基于二辊矫直变形工艺特点和弹塑性压力中性层偏移理论,确定应力中性层的位置;在考虑中性层偏移和材料硬化的条件下,结合二辊矫直理论和矫直变形应力-应变关系,提出新的双线性矫直拟合方法;在此基础上利用微元法对棒料内部的金属进行弹塑性变形分析,给出新弯矩比公式的同时,提出中性层偏移半径比的概念;最后,结合纯弯回弹理论建立棒料矫直挠度回弹数学模型,并就中性层偏移对棒料矫直回弹影响进行实验分析和验证。实验结果表明:回弹理论计算值与实验数据吻合较好,其最大相对误差为6.45%,明显低于忽略中性层偏移时的相对误差31.65%,证明了理论分析的正确性和模型的有效性。     

双金属复合板矫直过程的弯曲及弹复解析

基于工程弹塑性力学建立了不同组坯方式下双金属复合板弯曲矫直过程截面弹塑性状态演变路径的解析模型。基于该模型分析不锈钢复合板矫直过程中的弯曲回弹特性,解释复合板弯曲回弹过程中截面的反向屈服现象,并将不锈钢复合板与单一材料板材弯曲过程进行对比。研究结果表明：双金属复合板在弯曲过程中截面会经历五种弹塑性状态,并伴随着不同的中性层偏移规律,弯曲回弹后的残余应力分布与单一材料板相比更加不均匀且可能进入反向屈服状态;复合板与单一材料板材的弯矩相对差值随着屈服强度比的增大而增大,其绝对值随着弯曲曲率先增大后减小。     

不等厚性对弯头应力分布影响的有限元研究

弯头作为受压管道中的重要部件，不仅能改变管线的方向，还可以提高管路柔性，缓解管道振动和约束力，并对热膨胀起补偿作用。以往对弯头的研究只考虑壁厚均匀不变的情况，但是实际上弯头的壁厚是沿着弯曲半径变化的，并且弯头的截面也具有一定的椭圆度。通过对实际生产中弯头壁厚的调研，分别考察热推、冷弯工艺对弯头壁厚改变的影响。并应用有限元方法分析了冷弯弯头的应力状况，得出其最大应力发生点随着外拱处壁厚减薄量的增大而向外拱处转移。     

钢-弹性体夹层正交异性桥面板受力性能分析

通过三跨聚氨酯-钢板夹层结构正交异性桥面板空间结构的计算,分析该种夹层桥面板在夹芯层厚度及面板厚度变化时,在不同受力状况和不同截面处各控制点的受力性能.结果表明,夹层桥面板的受力特性在于:在跨中截面中间纵向U形加劲肋上方的夹层板底面纵、横向应力拉压性质与常规受弯构件不同;加劲肋底面纵向应力比截面其它位置大得多,横向应力可忽略;在支点截面中间加劲肋与桥面连接处,聚氨酯芯层纵向应力最大,横向应力可忽略;钢板与聚氨酯结合面的剪切强度大于6 MPa时可满足粘结要求.     

轴瓦合金层应力的有限元分析

建立了合金屋、钢背和轴承座的三层圆筒模型,利用ANSYS软件对轴瓦应力,尤其是合金层应力进行了计算,计算过程中考虑应力沿合金厚度方向的变化,结果显示,轴瓦周向应力分布取决于油膜压力的梯度,最大拉应力位于压力梯度最大处,而周向压应力的峰值则位于压力梯度方向改变处,径向应力的分布与滑膜压力的分布相同,压应力存在于油膜压力区域,径向应力与周向应力的最大值位于轴瓦合金层内表面,剪应力存在于压力峰值周围,并有一个转向过程,且剪应力的峰值位于轴瓦中截面合金层与钢背的结合处,理论计算证实,轴瓦合金层愈薄,疲劳强度愈高。     

含钢率对混凝土截面温度场分布的影响

将钢筋的圆形截面等效为面积相等的方形截面,采用四边形单元建立配置钢筋、型钢的混凝土截面的二维温度场分析模型,分析纵筋配筋率、型钢含钢率对混凝土截面温度场分布的影响.算例计算结果表明:钢筋对截面温度场分布计算结果影响较小,钢筋的存在使保护层内混凝土的温度降低,核心混凝土的温度升高,忽略钢筋对截面温度场分布的影响是合理的.型钢对截面温度场分布的计算结果影响较大,受火180min内混凝土截面内型钢翼缘中心处和截面形心处温度计算结果最大分别相差17.1℃和98.7℃;高温下型钢混凝土构件的抗火性能研究中,需要考虑型钢对截面温度场分布的影响;型钢混凝土构件火灾灾后性能评定中,核心型钢的力学性能可基本恢复.     

高强度Q460钢焊接截面高温作用后残余应力

为了得到高温作用对高强度Q460钢焊接截面残余应力的影响,采用电炉对高强度Q460钢焊接H形和箱形截面构件进行升温后自然降温.采用切条法测试构件降温后残余应力的分布作为对比,测试了未升温试件的残余应力.试验得到了高温后焊接H形和箱形截面残余应力数值和不同温度后残余应力降低系数.采用有限元软件ANSYS分析了残余应力的降低对高温下Q460钢柱承载力的影响.研究表明:高温作用对焊接残余应力影响较大,升温温度越高,残余应力降低越大.残余应力的降低对高温下Q460钢柱的承载力产生明显影响,与不考虑残余应力变化相比,钢柱的承载力设计值可提高10%左右.     

桥面构造及铺装层对正交异性钢桥面板力学性能的影响

为研究桥面细部构造和桥面铺装对正交异性钢桥面板力学性能的影响,确定合理的构造,以梯形及矩形截面形状的纵向加劲肋与多种缺口形式的横隔板相组合形成正交异性钢桥面板结构体系,并铺设不同厚度、不同弹性模量的沥青混凝土铺装层,建立相应的有限元实体模型进行加载,分析纵向加劲肋截面形状、横隔板缺口形式及铺装层弹性模量和厚度对正交异性钢桥面板力学性能的影响规律。结果表明:加劲肋上口间距越小,改善桥面板受力性能越明显,其中加劲肋B(梯形加劲肋侧板与底板采用圆弧连接)受力性能较好,且用料少;缺口Ⅰ、缺口Ⅲ的应力集中情况好于缺口Ⅱ,因此应合理选用缺口Ⅰ和缺口Ⅲ,但缺口Ⅲ需要优化;顶板与纵向加劲肋连接处应力高,为力学性能敏感区域;铺装层弹性模量增加,钢桥面板最大主应力减小,铺装层厚度增加,钢桥面板和沥青表面最大主应力均减小,因此铺装层弹性模量与厚度要综合设计,以使钢桥面板受力性能最优。     

舰用钢丝绳在挤压力下的有限元分析

采用8结点六面体单元，在考虑钢丝间挤压条件下，用SAP84有限元软件计算分析了受轴向拉伸的钢丝绳中钢丝的弹性应力分布，给出了钢丝绳横截面上各钢丝的应力分布和钢丝绳的极限承载力，并对计算结果的误差进行了分析，计算结果可为钢丝绳的结构设计和应用提供依据．     

短芯棒拔制有限元分析

借助ANSYS软件显式动力模块建立了钢管与内外模具的三维有限元模型，动态模拟了短芯棒拔制的整个过程，研究了模锥角、摩擦系数、壁厚等工艺参数对拔制力的影响，并根据得到的应力分布规律分析了生产中拔断等实际问题的机理．与空拔相比较，在短芯棒拔制过程中，纵裂现象一般不会发生，由于钢管轴向应力在横截面上分布均匀，一般也不会出现以局部破坏形式出现的横裂现象．本文所建立的拔制力分析模型经与实验结果比较，达到了较好的吻合，可为优化模具结构和进行短芯棒拔制工艺设计提供了依据．     

高强度U肋加劲钢板残余应力测试及模拟分析

为研究Q420级高强度U肋加劲钢板纵向焊接残余应力分布特点及影响因素,利用切割法对U肋加劲钢板进行了纵向残余应力测试,通过三维实体热弹塑性有限元模型和单元生死技术模拟了焊缝填充和焊接过程,比较分析了高强度钢和普通强度钢的残余应力分布特点,探讨了母板厚度及U肋的厚度、间距、宽度、高度对加劲板焊接残余应力的影响.研究结果表明,U肋两侧的焊接先后顺序并不影响加劲板的残余应力分布;非焊接区域残余压应力峰值和分布特点与板件材料的屈服强度基本不相关;板件厚度、U肋顶宽和U肋高度是影响高强度U肋加劲钢板焊接残余应力的主要因素.