环口板加固T型方钢管节点在轴压作用下极限承载力研究

从理论分析、试验测试及有限元模拟三个方面对环口板加固T型方钢管节点的极限承载力进行了初步的研究工作。首先基于塑性铰线模型推导出了环口板加固T型方钢管节的极限承载力计算公式。然后对2 个环口板加固T型方钢管节点试件及2 个对应的未加固节点试件进行了在轴压作用下的承载力试验测试,结果表明环口板可以明显提高管节点的极限承载力。通过有限元法对试验试件进行了数值模拟,其结果与试验结果吻合较好,因而使用有限元法对9 个不同节点尺寸的加固模型及对应的9 个未加固节点模型进行了模拟,结果发现加固后节点的承载力均大于未加固节点的承载力。环口板加固T型方钢管节点的极限承载力计算公式在环口板有足够刚度,节点破坏模式为由局部屈曲导致形成塑性铰线破坏时可以获得较为精确的结果。     

双相型不锈钢角焊缝连接承载性能有限元分析

为研究双相型S22053不锈钢角焊缝连接的承载性能,对不锈钢母材和焊缝金属圆棒试样进行材性试验,分别获得了母材和焊缝金属材料的本构关系;对不锈钢正面和侧面角焊缝连接试件进行拉伸试验,测得试件极限承载力和焊缝变形发展情况;利用ANSYS有限元软件对不锈钢角焊缝连接试件单向拉伸试验进行了非线性有限元模拟,并将试验结果与模拟结果进行了对比。对比结果表明,考虑不锈钢母材和焊缝金属本构关系差异并使用材料真实应力-应变曲线的有限元模型能有效模拟角焊缝连接承载性能拉伸试验。最后,利用经试验验证的有限元模型对角焊缝承载力影响因素进行了参数分析,并将有限元模拟值与按照美国规范SEI/ASCE 8-02、欧洲规范EN 1993-1-4,以及中国不锈钢结构技术规程CECS 410:2015计算求得的规范设计值进行了对比,得出了承载力模拟值与各国规范设计值的比值,可为不锈钢设计规范的完善和工程应用提供参考。     

5A06管材力学性能测试及其缩口成形性的有限元分析

目的研究直径Φ20 mm、壁厚2 mm的5A06铝合金管在单向拉伸试验下的表现以及其在外支承球形缩口成形中的变形特点。方法利用管材准静态单向拉伸试验测试其力学性能,获得真实应力-应变曲线,再结合有限元软件ABAQUS分析管缩口成形的应力应变特征。结果 5A06管在拉伸中表现出良好的应变硬化能力,并呈明显的锯齿波动屈服特性。模拟结果显示缩口中的管坯整体处于周向、轴向压应力状态;主变形区内,轴向应变从缩口口边的拉应变逐渐变为主变形区向直壁过渡区域的压应变;除主变形区外,直壁部分的壁厚也有所增加。Φ20 mm×2 mm的5A06管在模拟中的极限缩口系数约为0.410。结论Φ20 mm×2 mm的5A06管在外支承球形缩口中的模拟成形极限较高,有限元分析作为缩口成形模具和工艺设计的前一步工作,其结果有一定的参考价值。     

管道承插式接口轴向力学性能试验研究与数值模拟

通过球墨铸铁供水管线承插式接口抗拉静载力学性能试验,分析管道接口轴向的拉伸力学性能和破坏模式,并建立相应管道接口受力分析的有限元数值模型。在外部无覆土、加压注水条件下,对球墨铸铁输水管道承插式接口进行拟静力拉拔试验,模拟其在地震作用等往复荷载下的轴向受力与变形特征。试验结果表明,加载方式以及管道内部水压等对接口的轴向抗拉力学性能和破坏方式的影响不大,抗拉极限位移达到60 cm。基于OpenSees计算平台建立管道接口有限元模型,并对试验结果进行了模拟,结果表明建立的管道接口有限元模型能够较好地模拟管道接口在轴向往复荷载作用下的刚度退化和耗能等力学特征,为埋地管道在复杂轴向荷载作用下的受力分析和性能评估提供了必要的试验数据和计算模型。     

核电站控制棒驱动机构Canopy焊缝焊接温度场和应力-应变场模拟

目的 研究机加工和拉拔2种成形方式下得到的填充环对Canopy焊缝的影响,获取焊接焊缝成形、焊接残余应力和变形的相关数据,以指导Canopy焊缝焊接工艺。方法 采用数值模拟的方法,建立Canopy焊缝焊接数值分析模型,模拟焊接温度场、焊接残余应力和焊接残余变形。结果 拉拔成形环焊接熔池高度为9 mm,机加工成形环焊接熔池高度为8.3 mm;机加工成形环焊接最大残余应力为255.6 MPa,而拉拔成形环焊接最大残余应力为277.8 MPa,均出现在管座紧贴焊缝的位置;机加工成形环焊接残余变形为0.19 mm,拉拔成形环焊接残余变形为0.186 mm,最大残余变形均出现在焊接起始位置附近,在焊缝与管座交接的位置。结论 熔池形貌直接影响了热影响区域的大小,拉拔Y型环焊接熔池高度更大,焊接的热影响区域更大;拉拔Y型环焊接残余应力略大于机加工Y型环焊接残余应力;机加工成形环和拉拔成形环焊接残余变形相近。     

预拉伸条件下铝合金筒体焊接残余应力和变形的数值模拟

利用ANSYS有限元分析软件,分别对施加及不施加拉伸应力的铝合金筒体环焊缝对接焊接过程中的应力场及变形进行了模拟分析。计算结果表明:预拉伸焊接可以有效减小铝合金薄板的焊后残余应力和变形。当预拉伸应力为材料屈服强度的90%时,焊缝残余应力较无预拉伸的降低近52%,同时,铝合金筒体焊接残余变形也大幅减小。     

不同焊接参数下CT70连续钢管高频电阻焊残余应力分布的数值模拟

目的研究CT70连续油管高频电阻焊接后的残余应力值和分布规律,以及焊接速度和挤压量等焊接参数对残余应力的影响。方法通过有限元计算的方法施加移动面热源和移动挤压辊,来模拟高频电阻焊的加热和加压过程,并用小孔法测量了高频电阻焊后连续钢管的残余应力值。结果对比计算的和实际的焊缝尺寸,均是内壁处为0.2 mm,壁厚中间部位为0.1 mm,内壁凸起高度为1.0 mm,宽度为2.1 mm,验证了有限元模型的准确性。计算得到的高频电阻焊后在焊缝处的轴向残余应力较大,在400～500MPa之间;环向残余应力较小,在-100～200MPa之间,与小孔法测量的残余应力一致。结论焊缝附近的残余应力主要由不均匀加热引起,远离焊缝处的残余应力主要由挤压引起。热源与挤压辊间距离和焊接速度增加会导致焊缝附近的残余应力增加;挤压量增加和焊接功率增加会导致焊缝附近的残余应力降低。     

预拉伸控制铝合金焊接变形

在预拉伸应力作用下,焊接了厚度为4mm的5A05铝合金试板,通过焊接试板挠曲变形量的测定,探讨了预加拉应力对铝合金焊接变形的影响。试验结果表明,预拉伸焊接法可以有效减小铝合金薄板焊缝处的纵向挠曲变形量,在弹性应力范围内,随着预拉伸应力的增大,试板的焊接变形逐渐变小。初步分析认为,预拉伸应力扩大了高温下焊缝附近的塑性变形区,从而增强了冷却过程中该区域抗塑性拉应变的能力,减小了焊件的挠曲变形。     

汽车覆盖件用 5 B003 A 板拉伸实验及成形性的有限元分析

目的研究汽车车身用5B003A板的成形性能。方法在进行单轴拉伸试验的基础上,利用软件eta/DYNAFORM模拟了板成形极限曲线、破裂点应变路径、圆筒拉深过程,并进行了相应变形参数的优化。结果 5B003A板单向拉伸和有限元模拟均出现"交叉颈缩"现象,并且在与轧制呈45°角方向上的冲压性能优于0°和90°方向;5B003A板成形极限破裂点的应变路径漂移倾向较明显,双拉区中均呈ε2=const的应变状态;在与拱顶高实验相近变形条件下,优化得到最佳凸模圆角半径为20 mm时,与极限拉深系数0.43对应的无凸缘拉深的最大板坯尺寸为233 mm,相应最佳压料力为68 kN。结论 5B003A板在45°方向上有较好的冲压性能,且凸模圆角半径、板坯直径、压料力等工艺参数对其拉深成形性能影响较大。     

用于HT80厚板输水管道的低匹配焊条

本研究旨在确证:采用低匹配焊条是不是能够有效地降低防止現场焊接HT 80厚钢板的输水管道焊缝开裂所需的予热温度。本研究包括低匹配焊缝连接和超匹配焊缝连接的焊接裂缝试验和接头性能试验。在高湿度的气氛中(这在输水管道的现场焊接中是常常遇到的),焊接裂缝试验的结果表明:用低匹配的AWS E9016 G型焊条代替超匹配的AWS E11016 G型焊条可降低所需的予热温度。在比输水管的最低使用温度稍低的温度下进行焊接宽板拉伸试验,试验表明,低匹配的和超匹配的焊缝连接件在接头强度和接头延性上未呈现出明显的差别。根据这些试验结果,研制了防潮的、名义抗拉强度为65公斤/毫米~2的超低氢型低匹配焊条来满足输水管道环形焊接接头所要求的諸设计条件。本研究表明新型焊条,由于它的防潮性和超低氢的特性,使所需的予热温度比用工业用E9016 G型焊条时降低几十度(摄氏)。     

PHS1800热成形钢自动化TIG焊接成形特性及工艺优化

目的 研究不同焊接参数下PHS1800热成形钢自动化TIG焊接的成形特性及其工艺优化。方法 利用自动化TIG焊接技术对厚度为1.4 mm的PHS热成形钢板进行焊接,采用金相显微镜、扫描电子显微镜和万能实验机,对焊接接头的熔深、熔宽以及拉伸性能进行测试。结果 随着焊接速度的增大,焊缝熔深从板厚深度(1.4 mm)减小至0.99 mm,焊缝熔宽从8.69 mm减小至5.70 mm;随着焊接电流的增大,熔深从0.85 mm增大至板厚深度(1.4 mm),熔宽从4.52 mm增大至9.83 mm;随着脉冲频率的增大,熔深从0.98 mm增大至1.35 mm,但熔宽变化相差不明显。基于L25(5³)正交实验,确定焊接接头最大拉伸载荷为23.34 kN,其断口为脆性断裂。结论 焊接电流对成形特性影响最大,焊接速度对拉伸性能影响最显著。为了得到成形效果良好的焊接接头,热输入量不宜过高,因此需适当增大焊接速度或降低焊接电流。制备出的焊接接头成形与力学性能均良好,且优化后的工艺参数如下:焊接速度为6 mm/s,焊接电流为116 A,脉冲频率为26 Hz,可为汽车企业实际生产提供一定的理论依据。     

基于复合热源的铝合金激光-MIG复合焊接的有限元模拟

针对15mm厚Al-Mg-Zn铝合金试板多层多道激光-MIG复合焊接过程,综合考虑了脉冲MIG焊接过程大量焊丝的填充带入熔池的熔滴热量和激光焊接过程中的小孔能量沉积效应,建立了复合热源模型。使用ABAQUS有限元软件对上述焊接过程进行了温度场模拟,同时采用非线性弹性边界条件来模拟真实的工装约束作用;通过与实验结果进行对比,模拟的焊缝形貌与试验吻合得较好。     

焊缝对拼焊板成形性能的影响

采用激光焊接技术对冷轧薄钢板进行拼焊,通过对拼焊板进行拉伸试验和模拟成形性能试验,研究分析了焊缝对拉伸性能参数和成形性能参数的影响,比较了拼焊板与母材性能的差异,分析了强度比和厚度比对塑性变形的影响及应变分布。     

焊接工艺对不锈钢角焊缝连接试件力学性能影响研究

对12个奥氏体型及12个双相型不锈钢正面角焊缝和侧面角焊缝连接试件进行了单调拉伸试验,考察了不同焊接工艺对角焊缝连接力学性能的影响.结果表明:采用氩弧焊焊接工艺的不锈钢角焊缝试件破坏面与电弧焊焊接工艺的试件破坏面形状相差较大,后者破坏面更加光滑;同时由于受到复杂应力的作用,正面角焊缝试件的真实破坏角度并不为相关规范规定...     

法兰连接方钢管柱-桁架焊接节点抗震性能试验研究

对桁架梁截面尺寸不同的6个足尺寸法兰连接方钢管柱-桁架焊接连接节点进行了低周反复荷载试验研究和有限元分析(FEA)。该节点通过法兰和高强螺栓将上下柱及柱座在现场连接,柱座与桁架梁通过竖向连接板、法兰和腋板在工厂焊接;该节点应用于装配式多高层钢结构中,实现现场螺栓全装配。试验结果表明:桁架梁截面尺寸对节点的破坏模式影响较小,加腋板节点均由于反复加载导致桁架弦杆发生板材的撕裂而破坏,断裂前发展了良好的塑性变形,未加腋板节点根部焊缝发生断裂;加腋板节点的延性、极限承载力及耗能能力较好,塑性转动能力均大于抗震规范0.03 rad的最低要求。桁架梁截面尺寸对该节点各项力学性能影响显著,弦杆截面尺寸越大,极限承载力越高;腹杆截面尺寸对极限承载力影响较小,腹杆截面尺寸越大,节点延性越好,耗能能力越强;通过有限元软件提取了柱法兰处螺栓拉力的变化,柱柱法兰连接可近似为刚接;推导了节点的屈服荷载和极限荷载的简化计算公式。     

拼焊板焊接工艺及其对拼焊板塑性变形影响的试验研究

通过拼焊板试件拉伸试验对拼焊板的塑性变形性能进行了分析研究 ,讨论了拼焊板的几种实用焊接技术 ,给出了拼焊板的机械性能参数 ,比较了焊缝处于拉伸试样不同位置时拼焊板与母材的拉伸试验结果 .分析了焊缝分布对拼焊板塑性变形性能的影响 ,以及如何优化焊缝位置以提高拼焊板的整体塑性变形能力 .     

碳纤维增强环氧树脂复合材料修复N80Q钢管的力学性能

为考察碳纤维增强环氧树脂复合材料对环状腐蚀的N80Q钢管的修复效果,采用数值分析和全尺寸爆破试验对修复后的力学性能进行了研究,分析了缺陷轴向长度、缺陷深度和修复层厚度对修复效果的影响。结果表明:碳纤维增强环氧树脂复合材料对N80Q钢管的修复效果显著,经试验测试, 6 mm深缺陷的N80Q管道由碳纤维增强环氧树脂复合材料修复后爆破压力值提高了0.985倍;缺陷轴向长度对N80Q管道修复后的强度影响较小,随着缺陷轴向长度的增加,管道爆破压力值仅下降了3.5%;而缺陷深度对N80Q管道修复后的强度影响较明显,与无缺陷管道相比, 6 mm深缺陷管道修复后爆破压力值下降了9.9%, 7 mm深缺陷管道修复后爆破压力值下降了20.6%。     

初始应力对三维光学轮廓法测试焊接接头残余应力的影响

目的研究不同初始应力状态下,三维光学轮廓法测试焊接接头残余应力的变化规律。方法采用MIG焊分别对供货态与去应力退火态试板进行多层多道焊,焊后试板经慢走丝切割,经三维光学测量技术扫描切割面轮廓,将所得轮廓数据经所建立的数据处理平台处理,将其结果作为有限元计算的边界条件,经应力反算得到残余应力分布。最后再进行有限元模拟,计算焊接接头残余应力。结果含初始应力、去应力退火和数值模拟的焊缝中心均为拉应力区,最大拉应力分别为480, 450, 523 MPa,且都位于焊缝根部区域。三者试板两侧为压应力区域,最大压应力分别为380, 280, 157 MPa,三者数值相差较大。结论将含有初始残余应力试板、退火处理试板与数值模拟结果的残余应力分布进行对比,可以发现三者在焊缝中心处的残余应力分布较为一致,但沿着焊缝向两侧的区域内,应力差别逐渐变大。主要原因为焊接热循环温度高于金属再结晶温度时可以消除部分残余应力,而温度循环较低时对应力消除不明显,导致实验结果相差较大。     

U肋加劲板焊接残余应力数值模拟分析

通过数值模拟和实验方法对U 肋加劲板焊接残余应力进行了估算和分析,建立了三维热弹塑性有限元模型,采用生死单元法模拟焊缝填充和焊接热输入过程,实现了整个焊接过程中的动态应力和变形变化,得到了U肋加劲板的焊接温度场和应力场,分析了U 肋加劲板的焊接残余应力分布,并与残余应力测试试验结果比较.结果显示:U 肋加劲板近焊缝区残余拉应力达到材料屈服强度,母板远离焊缝区残余压应力平均值约为材料屈服强度的0.2 倍,其分布趋势与实验测试得到的残余应力分布比较接近,证明了所采用的焊接数值模拟方法的正确性.     

西南技术工程研究所 高强精密惯性轴向摩擦焊技术

正利用飞轮储能,通过两焊件接触面的相对高速旋转摩擦将机械热能转化为热能,实现轴向连接的一种固相焊接技术。该技术可实现全自动化焊接、焊接质量好、生产效率高,绿色、环保。适用于高温合金与钢、不锈钢/渗碳钢等异种材料的焊接,镍基合金与钢焊接接头强度≥755MPa,不锈钢与渗碳钢焊接接头强度≥590MPa,焊件合格率达95%以上。适用于多焊接界面构件同次焊接成型,焊后钢活塞长度公差≤±0.2mm、同轴度≤Φ0.2mm、尺寸精度高,内外环焊缝抗拉强度达到600MPa以上。