双金属复合板的拉伸回弹特性研究

以弹塑性力学理论为基础,对双金属复合板在平面应力状态下的拉伸回弹过程进行解析,得出回弹残余曲率及残余应变中性轴偏移量的解析方程,继而结合有限元仿真和试验分析钢-铝复合板的拉伸回弹变形行为。研究表明,复合板拉伸回弹后呈现纯弯曲状态,残余曲率随着载荷的增大而增大,对于任意材料的双金属复合板均存在一个复合配比值,在该值下拉伸回弹产生的残余曲率最大。     

考虑包辛格效应的辊式矫直截面反弯特性

基于弹塑性弯曲基本原理,以板材进入矫直机后经历的第2次弯曲为例,建立考虑包辛格效应影响程度(KBa)的辊式矫直复杂弯曲力学模型。采用该模型计算KBa对第2次弯曲时M-C关系和ξ-C关系及残余应力的影响,证明辊式矫直过程中经历多次弹塑性弯曲的截面反弯特性受材料包辛格效应的影响,而且随着材料强化系数的增大,截面弯曲特性所受影响越显著。最后计算相同矫直工况下,KBa不同的材料的残余曲率,得到材料KBa对于残余曲率的影响。研究结果表明:强化系数较大(η0.01)的材料进行矫直仿真时应考虑包辛格效应,在实际生产中确定工艺参数时需要首先确定材料的KBa。     

矫直过程截面复杂反弯的应力分布与反弯特性解析

为了深入研究和认识辊式矫直过程中截面的反弯特性,研究存在弹塑性弯曲历史的截而弯曲过程,采用工程弹塑性力学基本理论,建立合理的辊式矫直复杂弯曲力学模型.解析证明经历二次反弯的截面应力形式应当由两次弯曲参数构成的平面方能进行描述,二次反弯过程截面的弯矩(M)与曲率比(C)的关系实际为包含两次弯曲的2个弯曲参数的复杂函数.通过对经历二次反弯的截面应力分布与反弯特性的解析,证明辊式矫直过程中经历多次弹塑性弯曲的截面受变形历史的影响,其应力分布函数及M-C关系都不再是简单关系,而是包含全部弯曲历史参数的复杂函数形态.解析结果表明:辊式矫直过程中经历二次反弯的金属条材截面弹性极限弯矩值下降,弯曲所需弯矩减小,弯曲回弹比增大,工程应用时应对相关工艺参数进行相应调整.     

H型钢矫直过程残余应力演变机制研究

为在矫直过程中对H型钢的残余应力实施有效地主动控制,对H型钢矫直过程中残余应力演变过程的力学机制进行研究。首先运用弹塑性基本理论对具有初始残余应力的H型钢截面弹塑性反弯过程进行解析分析,论证初始残余应力对截面弹塑性反弯过程的影响方式,证明初始残余应力导致截面弯曲中性轴位移的非对称弯曲状态。在此基础上,利用差分方法建立H型钢矫直过程多次连续弹塑性反弯的数值解法,进而详细研究H型钢矫直过程中残余应力的演变机制。结果表明:截面翼缘与腹板整体拉压应力水平的消减主要依赖矫直前期的非对称弹塑性弯曲过程,而矫直后期的对称弯曲过程则进一步改善H型钢翼缘的残余应力状态;矫直过程前期与后期不同的弹塑性弯曲性质造成了其在矫直过程中对于残余应力演变的不同影响作用。     

辊式矫直机矫直辊的弯辊模型

将板材在辊式矫直机矫直辊作用下的弯曲,假设为由压下机构作用的弯曲和由弯辊机构作用的弯曲共同作用的结果·根据梁的弹塑性弯曲理论,通过把板材弯曲当作梁的弯曲,并考虑到矫直机在入口处的压弯量,通常使板材弯曲时塑性变形层高度占厚度80%,认为经弯辊作用后塑性变形层高度增加了5%～15%,利用梁的弯曲挠度,建立不同弯曲的弯辊模型,求出了矫直辊的弯辊量·理论计算的弯辊量与实际设定值结果吻合,证明该弯辊量设定模型具有实际应用价值·     

预拉纤维复合板增强梁抗弯性能研究

采用四点弯曲试验研究了预拉纤维复合板板材加固钢筋混凝土梁的抗弯性能.设计了一个对比工况试验和两个加固工况试验,两个加固工况采用的预拉纤维复合板的纤维网格层数及其预拉力程度不同.试验过程中同步记录了荷载、挠度、跨中应变、纤维应变及裂缝的开展.结果表明:随着纤维网格层数的增加及纤维网格上预拉力的增大,梁的开裂荷载、屈服荷载和极限荷载均有明显提高,加固梁的极限承载力最大提高达41.5%,但延性有一定程度的下降.最后,基于截面极限平衡理论提出了一种复合板加固梁受弯承载力的计算方法.     

球扁钢的矫直角及轴向矫直解析模型

球扁钢是重要的船用型钢,其截面不对称造成轧制冷却后严重的内应力弯曲,需要在专用矫直机上进行双向同矫,但矫直规程基本依赖技术人员的经验,调试周期长、成本高.为了提高球扁钢的矫直精度和效率,研究了球扁钢矫直角的范围及作用,并基于小曲率平面弯曲弹复理论建立了球扁钢轴向矫直解析模型,用于快速计算球扁钢轴向矫直回弹后的曲率及矫直...     

基于压力弹塑性变形中性层偏移模型的构建与验证

大截面棒材矫直过程中性层偏移明显,对二辊矫直辊辊型及棒材直线度的影响较大. 依据三点弯曲理论建立了棒材矫直过程中基于压力弹塑性变形的中性层偏移量理论计算模型,结合室温拉伸和弯曲试验,研究了棒材矫直过程中性层偏移规律. 结果表明:反弯半径和棒材力学性能对中性层偏移值的影响显著,反弯半径越小,则中性层偏移量越大;强度较低、塑性较强的材料,中性层偏移量较大. 通过弯曲试验,验证了该模型的可靠性及其适用范围.     

考虑应力叠加的矫直行程预测模型研究

为提高精密矫直加工精度及效率,探讨多次矫直过程中应力叠加特性,研究多次矫直行程预测迭代建模方法.首先,基于经典弹塑性变形理论,建立单次矫直行程预测理论模型;运用应力叠加原理,研究二次矫直的截面应力分布状态,推导出二次矫直时截面应力的再分布方程及矫直参数解析表达式;在此基础上,研究多次矫直过程中的矫直次数-应力演变规律,建立考虑应力叠加的多次矫直行程预测迭代模型.采用自主研发的精密矫直机进行在线矫直实验,进行行程预测模型实验对比.实验结果表明:实际矫直过程中,多次矫直行程预测迭代模型的预测精度和矫直效率优于未考虑应力叠加作用的单次矫直行程预测理论模型,该方法可推广应用于直线金属条材的精密矫直中.     

非对称截面梁纯弯曲中性层偏移理论解析

非对称截面梁纯弯曲时几何中心层与应变中性层不重合,传统弯曲回弹理论分析方法无法准确计算应变中性层位置,使非对称截面梁弯曲零件的展开弧长和弯曲回弹后的曲率计算出现显著偏差。小曲率平面弯曲弹复理论在任意截面梁平面弯曲情况解析分析中具有独特优势。以槽钢纯弯曲为例,通过小曲率平面弯曲弹复理论计算非对称截面梁纯弯曲时的应变中性层及弯曲回弹后的曲率,并与实验数据相比较,结果较为吻合,可以达到精密加工的精度要求。通过对槽钢纯弯曲时中性层偏移率的分析可知,中性层相对偏移率与截面几何特征、材料性能、初始曲率、弯曲曲率等因素紧密相关,且均为非线性关系。该理论分析结果对非对称截面型钢的精确弯曲和矫直具有重要的工程应用价值。     

非对称热轧高品质不锈钢复合板可行性模拟研究

利用特厚规格复合板与较薄规格复合板进行非对称组坯,采用ABAQUS有限元软件对其热轧过程中的应变、接触应力及温度分布进行计算,并通过温度补偿及冷却控制的手段,对热轧非对称复合坯的可行性进行模拟分析。结果表明,采用非对称组坯设计,有利于特厚复合板碳钢层与不锈钢层在各道次轧制中的界面结合;通过控制复合坯上、下表面的温差,能有效改善板坯翘曲现象,并可一次性获得一块宽幅特厚复合板与一块宽幅较薄规格复合板,提高生产效率;此外,采用非对称组坯设计还可实现控轧控冷,保证芯部不锈钢与碳钢的协同变形,促进其界面结合。     

钛钢复合板弯曲过程的扫描电镜原位观察

为了研究钛钢复合板在弯曲过程中的断裂行为,利用扫描电镜原位观察了爆炸和爆炸--轧制两种工艺生产的钛钢复合板在弯曲过程中裂纹的萌生和扩展.结果表明:外弯过程裂纹萌生的角度小于内弯过程,钛钢复合板内弯比外弯具有更强的抗裂纹产生能力.在爆炸钛钢复合板的弯曲过程中,裂纹主要在波头的界面结合处和漩涡中心处萌生;在爆炸--轧制钛钢复合板的弯曲过程中,裂纹在Ti--Fe金属间化合物硬块界面处萌生.产生裂纹的主要原因爆炸钛钢复合板的波头界面结合处和漩涡中心处、爆炸--轧制钛钢复合板的界面块状Ti--Fe金属间化合物具有较高的硬度,在变形的过程中难以协调变形.     

碳扩散对非真空热轧不锈钢复合板结合性能的影响

采用非真空热轧方法制备304不锈钢/Q235碳钢复合板材,利用OM、SEM、EDS等研究了不同压下率和轧后冷却方式下复合界面夹杂物、界面组织及力学行为的演变,并分析了C扩散对复合板界面组织形成及结合强度的影响。结果表明,随着轧制压下率的增加,界面夹杂物由块状向线型、连续点状乃至弥散点状分布变化。当压下率较低(28%)时,复合板剪切断裂位于结合界面处,随着压下率增加至47%及以上,复合板断裂位置为脱碳铁素体区。另外,热轧复合板经水冷工艺处理后,由于冷却速率较快,要抑制碳钢侧C元素的扩散,避免复合界面处脱碳区域的形成,从而提高了复合界面的结合强度。     

热轧不锈钢复合板冲击性能研究

研究在不同复合比及温度条件下冲击载荷对热轧不锈钢复合板力学性能的影响。结果表明,热轧复合板随覆层厚度增大或试验温度升高,其冲击吸收能增大,覆层厚度为8mm时,冲击功达到稳定值150J;碳钢层断面为解理面与韧窝混合断裂形貌,不锈钢层断面为韧窝断裂形貌,靠近复合界面不锈钢侧呈沿晶断裂与韧性断裂形貌;复合界面处开裂情况对缺口位置不敏感;热轧不锈钢复合板冲击加载过程复合界面不易开裂。     

管模间隙对21-6-9高强不锈钢管数控绕弯成形质量的影响

基于ABAQUS/Explicit有限元平台,建立了21-6-9高强不锈钢管数控绕弯成形过程的三维弹塑性有限元模型,并验证了模型的可靠性.利用该模型研究了不同管模间隙对管材数控绕弯过程壁厚变化及截面畸变的影响规律.结果表明:增加管材-芯棒间隙、管材-防皱块间隙或减小管材-压块间隙、管材-弯曲模间隙可以减小壁厚减薄率;减小管材-芯棒间隙或增加管材-压块间隙可以减小壁厚增厚率,而其他管模间隙对壁厚增厚率的影响不显著;减小管材-压块间隙、管材-弯曲模间隙或增加管材-防皱块间隙可以减小截面畸变率,而增加管材-芯棒间隙,截面畸变率呈现先减小后增加的变化规律;获得了规格为Φ15.88 mm×t0.84 mm×R47.64 mm的21-6-9高强不锈钢弯管件较佳的管模间隙值.      

不锈钢陶瓷复合管材剪切过程数值模拟

快堆乏燃料组件进入快堆乏燃料后处理工艺流程的第一步便是剪切解体,因辐射的制约,通常使用不锈钢模拟元件包管和陶瓷模拟燃料芯棒进行实验。将不锈钢模拟元件包管和陶瓷模拟燃料芯棒并组成复合管材模型模拟单根快堆乏燃料组件,根据非线性有限元分析软件Abaqus中Johnson-Cook本构模型与Johnson-Holmquist ceramic(JH-2)本构模型构建不锈钢陶瓷复合管材的材料模型,模拟其剪切断裂过程,并研究不锈钢陶瓷复合管材在剪切过程中断裂损伤失效过程中受力变形情况,以及刀具进给速度、剪切间隙对剪切力的影响。结果表明最大剪切力随进给速度增大而增大,随剪切间隙增大呈现先增大后减小的趋势,能为组件剪切方案和剪切机设计提供参考。     

真空轧制不锈钢复合板的组织和性能

采用真空轧制法对6mm厚的奥氏体不锈钢板和50mm厚的碳钢板复合.在高真空、高温和大轧制力的共同作用下,界面实现了牢固的冶金结合并且最终得到了高质量的不锈钢复合板.研究发现界面无开裂和氧化层,仅在界面附近分布少量细小弥散的Si-Mn氧化物颗粒.通过能谱发现不锈钢侧的Cr和Ni向碳钢迁移,在界面形成一薄层富Cr,Ni层,导致复合层硬度升高;碳钢中的C向不锈钢侧迁移导致出现脱碳区,且该区硬度最低.界面的剪切强度达467MPa.     

正交异性钢-RPC组合桥面板弯拉强度的实验研究

正交异性钢桥面一直面临疲劳开裂和铺装损坏的严重问题.为了改善桥面板受力状态,提出了一种新型的正交异性钢板薄层活性粉末混凝土(RPC)组合桥面结构体系.通过纵向足尺节段实验和横向受弯实验,表明新型组合桥面体系的抗弯拉强度远大于设计荷载下的拉应力,而重量与传统铺装持平.横向受弯实验结果证明,截面配筋率和截面有效高度对组合桥面结构抗弯拉强度影响很大,截面配筋率提高一倍和两倍,RPC的抗弯拉强度分别提高15%和40%.同样,截面有效高度增大20%,不同截面配筋率下RPC的抗弯拉强度提高30%～50%.因此,提高截面配筋率或截面有效高度能大幅降低组合桥面结构开裂破坏的风险.     

热轧不锈钢复合板界面组织与拉伸断裂的研究

本文借助SEM、EDS和EPMA等分析了热轧不锈钢复合板界面组织及拉伸断口特征,结果表明:复合板结合界面存在元素扩散现象,不同元素扩散距离不同从而导致形成特殊带状组织;无Ni结合界面的拉伸断口呈沿晶断裂特征;含Ni结合界面因元素扩散受到抑制,拉伸断口呈韧性断裂特征,其界面抗剪强度相比无Ni结合界面虽有所下降,但仍远大于国标要求的210 MPa。拉伸断裂过程动态抓拍结果显示:复合板结合界面先发生曲折开裂,随后基层与复层发生不同步断裂。