铝合金薄板搭接高速 FSW 缺陷及断裂行为

目的 为了拓展搅拌摩擦焊技术应用,对薄板搭接结构高速搅拌摩擦焊工艺优化与工程应用提供 借鉴与指导。方法 采用圆锥无螺纹搅拌针,进行了 6061 铝合金薄板搭接高速搅拌摩擦焊接,对接头界 面缺陷及其断裂模式进行分析,探讨了转速对 6061 铝合金薄板搭接接头成形及性能的影响规律。结果 发现在无螺纹圆锥搅拌针、高转速（6000~9000 r/min）条件下,接头塑性金属在后退侧易形成飞边流出, 导致下板前进侧出现孔洞缺陷,且随转速增大,界面缺陷尺寸逐渐增大,当转速达到 10 000 r/min 时, 孔洞尺寸有所减小,此时接头拉剪强度最高,为 123 MPa。对试样拉剪断裂位置分析发现,高速搭接接 头断裂位置主要有两种,分别断裂在结合界面处或在前进侧下板,且转速在 9000 r/min 以上越趋向于在 结合界面断裂。结论 高转速搭接焊接必须协调轴肩相貌、焊接工装约束等条件,保证接头塑性金属充 分流动而不流失,才能获得成形良好无缺陷的接头。     

汽车薄板拉-压高周疲劳试样的形状和尺寸选取

针对两种不同强度级别、不同厚度的汽车薄板材料,设计出不同试验段宽度、不同平行长度、不同圆弧半径的疲劳试样,在不使用防屈曲装置的情况下,进行不同应力水平、应力比R=-1的高周疲劳试验,并通过相同应力循环形式下不同尺寸试样的疲劳寿命循环次数,来确定汽车薄板材料疲劳试样的形状和尺寸。结果表明:对于厚度0.8～3 mm的汽车薄板,等截面疲劳试样比圆弧形疲劳试样更适合进行汽车薄板拉-压高周疲劳试验,推荐的等截面疲劳试样尺寸(a为试样厚度)为试验段宽度b=(1～3)a,试样平行长度L_c=(1～3)b,圆弧半径r=(3～10)a。     

钢筋混凝土构件在压、拉弯剪共同作用下的强度包络图研究

试验表明,钢筋混凝土构件在压(拉)弯剪共同作用下,各种受力状态下的强度是相关的。为了反应构件在压弯剪和拉弯剪共同作用下各强度之间的相关性,该文以压(拉)弯相关性为基础,通过引入剪力项,推导出钢筋混凝土构件在压(拉)弯剪复合受力下的强度相关性公式,公式同时能够分别体现各种两两受力状态的强度相关性,并且与试验数据拟合良好,能够较真实地反映构件的受力状态。同时,以强度相关性公式为基础,绘制出了压(拉)弯剪强度包络图,并以该强度相关性公式和包络图为基础制定钢筋混凝土构件在压(拉)弯剪作用下的损伤标准,最终为结构抗倒塌研究中的构件抽离提供依据。     

4D炭/炭复合材料试样尺寸对剪切性能的影响

以4D炭/炭复合材料为研究对象,对不同尺寸规格冲剪试样和三点短梁压剪试样进行了剪切性能测试,分析了试样尺寸对剪切性能的影响。研究表明,试样的尺寸规格对其剪切性能有着显著影响。对于冲剪试样,Φ50mm×4mm试样剪切强度测试值高于Φ50mm×6mm试样,Φ50mm×4mm试样呈韧性断裂特征;Φ50mm×6mm试样呈脆性断裂特征。对于三点短梁压剪试验,在所用的各尺寸规格试样中,40mm×6mm×6mm试样采用26mm跨距时,测试数据的离散性最小。     

4D炭/炭复合材料试样尺寸对剪切性能的影响

以4D炭/炭复合材料为研究对象,对不同尺寸规格冲剪试样和三点短梁压剪试样进行了剪切性能测试,分析了试样尺寸对剪切性能的影响。研究表明,试样的尺寸规格对其剪切性能有着显著影响。对于冲剪试样,Φ50mm×4mm试样剪切强度测试值高于Φ50mm×6mm试样,Φ50mm×4mm试样呈韧性断裂特征;Φ50mm×6mm试样呈脆性断裂特征。对于三点短梁压剪试验,在所用的各尺寸规格试样中,40mm×6mm×6mm试样采用26mm跨距时,测试数据的离散性最小。     

低合金高强钢薄板的三维全场焊接变形研究

针对低合金高强钢薄板在焊接过程中变形的不确定性及复杂性,提出一种基于数字图像相关法的测量方法。该文以Q345和Q690薄板对比试验进行分析,得到两块薄板的三维全场焊接变形。试验结果表明:Q690和Q345薄板在焊接过程中总体变形趋势一致,都经历中间凸起,恢复,四周翘起,最终成马鞍形;但强度更高的Q690薄板在焊接过程中变形趋势更缓,变形曲线图中的拐点出现得更迟;冷却到最后,Q690薄板关键点变形比Q345薄板小。研究结果可为揭示低合金高强钢薄板焊接变形机理提供可靠依据。     

喷溅及连续退火对SPCC钢压平缝焊接头强度的影响

对三种板厚的ＳＰＣＣ钢冷轧薄板进行了高速连续压平缝焊试验,对试样进行了连续退火处理,观察了接头的焊接缺陷、显微组织、测试了接头的拉剪强度,分析讨论了影响拉剪强度的主要因素。结果表明,内部喷溅等焊接缺陷将显著降低接头强度。当不含焊接缺陷时,再结晶退火态接头的强度高于母材,断口处于母材,属韧性断裂;而焊态接头的强度低于母材,断口处于焊趾处,属脆性断裂。     

Ti/Nb作中间层脉冲加压扩散连接TiC金属陶瓷与不锈钢

用Ti/Nb作中间层,在温度890℃、时间4~12min、脉冲压力2~10MPa、频率f=0.5Hz、恒压10MPa下,对TiC金属陶瓷和304不锈钢(304SS)进行脉冲加压与恒压扩散焊,获得了牢固的固相扩散焊接头。通过扫描电镜SEM、能谱EDS、X射线衍射XRD与剪切性能测试,对接头的显微组织、界面产物与强度进行分析。结果显示:两种接头的界面物相相似,主要有σ相,(β-Ti,Nb)与α+β-Ti固溶体。连接时间10min时,恒压下的TiC/304SS接头抗剪强度为55.6MPa,而脉冲加压下的接头抗剪强度达110MPa。恒压下接头断裂方式为TiC陶瓷断裂,而脉冲压力下接头断裂方式为TiC陶瓷与界面产物间交替进行的混合断裂。     

纯钼薄板各向异性拉压不对称性本构建模研究

目的 对纯钼薄板的各向异性、拉压不对称性以及本构关系进行研究.方法 对纯钼薄板进行不同方向的单拉实验、中心带孔试样单拉实验,和纯钼薄板V形弯曲实验,同时结合有限元模拟反推材料力学性能以及对CPB06屈服准则及Swift强化模型进行参数标定,并进行模型可靠性验证.结果 纯钼薄板具有一定的面内各向异性、拉压不对称性以及显著...     

钛-铜复合棒复合界面分析

用金相显微镜和扫描电镜等对挤压+拉伸法生产的钛-铜复合棒的结合界面进行了观测分析,并对复合棒的结合性能进行了测试.结果表明,复合棒的横向结合面为波形结构,界面上没有中间形成物,拉剪强度与T2铜棒材的抗拉强度相当.     

藏式石砌体在剪-压复合作用下抗剪性能研究

为研究藏式石砌体抗剪性能,对4组共13个不同压力作用下的泥浆砌筑石墙试件进行双剪试验,分析藏式石砌体沿通缝抗剪强度和破坏机理,研究利用灰缝抗剪强度评估墙体整体抗剪性能的方法。试验结果表明,藏式石砌体灰缝受剪破坏为泥浆层自身变形与界面分离同步发展的延性破坏过程,最终达到完全的界面剪切滑移状态。通过对试验数据的统计回归提出藏式石砌体灰缝的抗剪强度计算公式,计算结果和试验值吻合程度较好。泥浆与水硬性砂浆的主要性能差别在于粘结强度和摩擦系数均较低。通过2种理论模型,分析了砌体灰缝抗剪强度与剪-压复合作用下抗剪强度表达式之间的关系,利用其他研究者的试验数据进行了验证。提出了基于双剪试验结果的藏式石砌体抗剪强度预测表达式,可供藏式石砌体抗剪性能研究参考。     

退火处理对异种钢激光焊接头组织及性能的影响

目的 通过研究相同时间不同退火温度下304/Q345激光焊接头的组织和性能,得到优化后的退火处理制度,为制定异种钢激光焊退火工艺提供一定的理论指导和技术支撑。方法 基于前期大量试验,在激光功率和离焦量不变的情况下,调节焊接速度由15 mm/s到35 mm/s,通过改变焊接速度获得性能优异的焊接接头。由于异种钢物理化学性能差异较大,接头组织不均匀,因此还需对激光焊接头进行退火处理。结果 焊缝区显微组织由板条马氏体与残余奥氏体组成,Q345低碳钢热影响区显微组织为多面体状铁素体与黑色珠光体,其中铁素体含量更多,304奥氏体不锈钢热影响区在奥氏体晶界上析出了铁素体。不同退火温度下碳元素均由Q345低碳钢侧向焊缝迁移,在Q345低碳钢侧形成脱碳层,在焊缝中形成黑色条带状增碳层。随着退火处理温度的升高,峰值温度升高,高温停留时间变长,碳迁移强度随之增加,黑色条带状区域增碳层宽度增大。拉伸性能测试结果表明,试样均断裂于Q345母材一侧,且断口存在韧窝,属于典型韧性断裂。此外,焊缝区硬度(390HV左右)最高,热影响区硬度(300HV)次之,母材的硬度(130HV左右)最低。结论 在给定试验参数范围内,优化后的最佳退火工艺参数为550 ℃-1.5 h。     

FSW搭接接头界面迁移行为研究

采用左、右螺纹搅拌针的搅拌头对不同热处理状态的2A12铝合金板材进行FSW搭接试验,研究了搅拌针螺纹旋向、材料性能对搭接接头界面迁移行为及接头拉剪强度的影响.研究结果表明:搅拌头顺时针旋转时,搭接界面在左螺纹搅拌针作用下向上迁移,而在右螺纹搅拌针作用下向下迁移且界面迁移高度较小.FSW搭接接头的拉剪强度随界面迁移高度的增加而减小.采用右螺纹搅拌针得到的搭接界面成形主要受下板材料性能影响,搭接时下板材料强度越高,其搭接界面向下迁移距离越大,而搭接界面变形宽度越小.     

剪压复合作用下砌体的静力与抗震抗剪强度

该文以经典的库仑破坏、主拉应力破坏和主压应力破坏理论为基础,引入模糊数学中模糊理论,首次提出将砌体在剪压复合作用下的剪摩、剪压和斜压三类破坏划分为两个破坏区,即剪摩-剪压破坏区和剪压-斜压破坏区。运用权函数将对应于不同破坏形态的经典破坏理论有机地结合起来,推导出相应的砌体在剪压复合作用下的抗剪强度公式,并加以简化。经对比表明,计算曲线与试验结果吻合良好。同时,针对现行《砌体结构设计规范》和《建筑抗震设计规范》中关于砌体抗剪强度设计值计算上存在的一些问题,提出了基于上述破坏区理论的砌体静力与抗震抗剪强度设计值公式。计算结果表明,该公式不仅简单,偏于安全,且较现行规范公式有较大的改进,能直接应用于高层砌体结构设计。     

快速加载下轴压比对RC梁柱节点抗震性能的影响

目前,梁柱节点抗震性能的研究多数为拟静力试验研究,有关梁柱节点动力试验研究相对较少。基于此,对四个梁柱节点组合体试件进行快速加载试验,以研究快速加载时轴压比对梁柱节点抗震性能的影响。此外,基于软化拉-压杆模型、库伦破坏准则、莫尔圆理论、节点组合体受力模型,推导了剪压复合受力状态下混凝土抗剪强度计算模型。研究表明:软化拉-压杆模型可用于预测节点组合体的抗剪承载力及破坏形态,混凝土抗剪强度计算模型,可用于预测考虑材料应变率效应后,轴压比对节点组合体抗剪承载力的影响规律;不同轴压比水平下,节点组合体裂缝类型和破坏形态相同,但随着轴压比的逐渐增大,节点核心区内裂缝数量不断减少,节点核心区的剪切变形及斜裂缝与竖向轴力的夹角不断减小,节点组合体严重损伤部分发生转移;相同位移水平下,正向加载的环线刚度始终大于反向加载的环线刚度;节点组合体抗剪承载力随轴压比的增大而增大,但效果不明显;轴压比增大对节点组合体耗能起有利作用。     

钢筋混凝土框架中节点受剪承载力计算的修正软化拉压杆模型

应用软化拉压杆模型对钢筋混凝土框架节点核心区进行受剪承载力计算时,常常基于经验取柱截面宽度作为节点的有效宽度参与抗剪强度计算。但是,对于实际工程中含有现浇楼板的框架中节点,节点的有效宽度在核心区上下验算截面并不相同且随着作用外力的增加而逐步增大,直至软化拉压杆模型中结点域(nodal zone)混凝土达到其抗压强度后压溃而失效。本文对软化拉压杆模型中节点有效宽度的计算方法进行了改进,应用修正软化拉压杆模型(Modified Softened Strut-and-Tie,简称MSST)对国内外63个框架中节点试件的抗剪强度进行理论计算,并将受剪分析得到的峰值剪应力计算结果与现行规范建议方法及软化拉压杆模型方法的计算结果进行对比。结果表明:修正软化拉压杆模型计算得到的框架节点受剪承载力与软化拉压杆模型计算结果相比和试验结果吻合更好,与现行规范建议设计方法计算结果相当,该建议模型可较为合理地反映含现浇楼板框架节点的受力机理。     

铺层顺序对预成型体搭接复合材料拉伸性能影响的仿真与验证

使用有限元理论模拟分析了几种不同铺层顺序的预成型体搭接复合材料的拉伸性能,并且使用国产碳纤维与快速固化环氧树脂制备相应的单下陷搭接试样,测试其搭接接头的拉伸性能,对有限元计算结果进行了验证。结果表明,使用有限元计算与实验方法得到的结果基本相符。有限元模拟及实验验证发现不同铺层结构的预成型体搭接复合材料有两种不同的破坏损伤模式。搭接上层板的层间剥离强度与层板本身弯曲性能共同决定了搭接接头的破坏模式及拉伸性能,两者中强度较弱的先发生破坏,导致试样失效。在预成型体搭接接头中,0°铺层越靠近搭接面,对搭接性能的影响越明显,搭接强度越高。搭接界面处纤维层之间的相对角度不同,纤维铺层刚度不同,刚度差别越大,搭接强度就越低。     

多尺度岩体结构面抗剪强度直剪试验一体机的分级和验证

岩体结构面抗剪强度尺寸效应变化规律的研究需要在专门的多尺度岩体结构面抗剪强度直剪试验机上进行,以获得稳定的抗剪强度力学参数。为保证测试数据的可靠性,在满足测试载荷范围为2～1000 kN时要求恒定荷载示值精度为1％。由于现有测试系统的技术限制,无法实现在同一台设备上进行全部荷载的试验。为此,首先在提出一种设备荷载分级方法的基础上开发了一种多尺度岩体结构面抗剪强度直剪试验一体机,在满足测试精度的要求下分3级尺度直剪仪进行直剪测试,每一级尺度直剪仪设置了荷载重叠区以保证测试数据的等效性。最后对该直剪试验一体机的精度和载荷范围进行了测试,通过了多尺度试样的测试要求。目前该多尺度岩体结构面抗剪直剪试验一体机为多尺度试样的测试研究提供了平台。     

铜钢异质复合材料连接特性的分析

用真空熔铸法制备45/T2、304/T2复合材料,用金相观察、扫描电镜及能谱分析、X射线衍射、力学性能测试等手段研究了钢铜复合界面的结合强度、显微组织、显微硬度、界相区的成分变化等。结果表明:钢铜基体中的Fe、Cr、Cu等合金元素在界面发生了相互扩散,形成了新的铁碳化合物(CFe15.1)和固溶体Cu0.81Ni0.19、Cr-Ni-Fe-C相。在界面上有齿状的过渡带,未出现明显的金属间化合物,其显微硬度最大值为183/119 HV,宽度约为60-70μm。钢铜复合材料的抗拉、抗剪强度分别278/263 MPa、217/201 MPa,拉伸断口均出现在T2铜侧,远离界面扩散区域;界面结合机制均为扩散冶金结合,强度高于纯铜的抗拉/抗剪强度;在(1150±50℃、4.0×10-2Pa)条件下,与Cr、Ni等合金元素相比,Fe在Cu液中的扩散能力最强,而Cu对改善304/45钢的基体稳定性和强度也有重要的作用。     

碳纤维布-钢构件抗剪粘接性能试验研究

采用碳纤维布-钢构件搭接接头的单剪试验方法,深入研究了碳纤维布-钢构件的抗剪粘接性能。探讨了碳纤维布的粘接长度、层数、宽度比以及粘贴工艺等不同粘接参数对复合构件粘接性能的影响,初步描述了碳纤维布与钢构件的粘接机理。同时,采用解析方法对碳纤维布-钢构件的粘接界面受力性能进行了分析,取得了与试验较为吻合的结果,为碳纤维布加固修复钢构件提供了理论依据。