交叉缩放椭圆管冷压成形的数值模拟

对新型强化换热管——交叉缩放椭圆管的冷压成形过程进行了有限元数值模拟。计算了成形后交叉缩放椭圆管的残余应力分布并比较了三个典型截面上的残余应力状况。分析了模具过渡段倾斜角对成形的影响。结果表明残余应力最大值出现在换热管过渡段的内壁面;模具过渡段倾斜角较小时将使换热管表面的残余应力显著增大。分析结果有利于加工过程中控制参数的合理选择。综合考虑交叉缩放椭圆管的换热性能和加工后的残余应力状况,给出了模具过渡段倾斜角的参考值。     

不锈钢焊接截面简支梁非线性变形性能研究

为研究不锈钢梁非线性变形性能,对5根不锈钢焊接工字形截面梁开展三点弯曲加载试验。建立了考虑不锈钢材料非线性、构件几何初始缺陷和截面焊接残余应力的有限元模型,根据试验结果对数值模型的准确性进行验证。基于验证的有限元模型,对中国CECS 410《不锈钢结构技术规程》和Real-Mirambell建议的不锈钢梁挠度计算方法进行分析。在此基础上,根据平截面假定和不锈钢应力–应变关系曲线,提出不锈钢梁截面屈服弯矩M_0.2的简化计算公式;考虑截面焊接残余应力对梁初始变形刚度的不利影响,提出针对不同材料牌号梁变形刚度的折减系数建议取值,对CECS 410和Real-Mirambell的挠度计算方法进行修正。分析结果表明,修正公式能够准确合理地计算不锈钢焊接工字形梁的挠度。     

Norsette法在45钢淬火过程中温度场有限元分析中的应用

温度场的计算对淬火过程中热应力和热应变的分析有较大影响。对淬火后试件的残余应力和微观结构分析也有较大影响。本文以４５钢圆柱试件为研究对象，采用文献（２）所得到的非线性表面换热系数 ，将Ｎｏｒｓｅｔｔｅ法用于有限单元分析中，计算了淬火过程中的非经恶性循环温度场，有效地避免了在小时间步长下数值解出现震荡的问题，有限单元法数值解与实验结果吻合较好。     

双孔壳体正反挤压成形工艺

目的设计双孔壳体成形工艺方案,生产出合格产品。方法运用数值仿真方法,模拟双孔壳体成形过程,分析其成形趋势、应变图和应力图等,为工艺设计提供理论支撑。结果通过模拟仿真计算,优化和验证了双孔壳体挤压工艺方案的可行性和合理性。结论通过工艺方案分析、有限元模拟计算,确定了双孔壳体最终成形方案,并且制作出了合格的产品。     

喷丸过程中的能量转化及残余应力分布研究

本文建立了喷丸表面强化过程的三维有限元模型,研究了靶材的力学性能及弹丸喷射速度对能量转化率和残余应力分布的影响规律。通过对有限元计算结果的分析发现,杨氏模量与屈服强度之比E/&;#61555;y较大,应变硬化率较低的靶材喷丸效率较高。屈服强度的提高使得最大残余压应力变大,残余压应力场深度变小。应变硬化率和喷丸速度的提高均会使最大残余压应力及其深度变大,同时会使表面残余压应力减小并向拉应力转变。本文的研究结果从能量转化的角度为喷丸强化件材料的选择提供了理论基础     

纤维缠绕复合材料固化过程残余应力/应变的三维数值模拟

采用有限元分析软件ABAQUS,对具有金属内衬的纤维缠绕复合材料圆筒在固化过程中残余应力及应变的变化规律进行了模拟计算。采用FORTRAN语言编制了用以分析固化过程中残余应力的子程序,该子程序考虑了固化过程中复合材料力学性质的变化和由于树脂固化收缩产生的化学收缩应变。算例结果表明：复合材料和金属内衬的残余应力在初始阶段均接近于零,当固化到一定阶段,残余应力迅速增加并且很快达到最大值,在降温阶段释放了部分的残余应力;在整个固化过程中,金属内衬受到压应力,而纤维缠绕层受到拉应力。本文中的三维有限元模型可以得到任意时刻复合材料的温度及固化度分布,通过数值模拟可以有效地优化复合材料固化工艺参数,提高制件的质量。     

钢帘线残余扭转在线监测及自动消除控制系统设计

钢帘线在捻制的过程中会产生残余扭转,导致钢帘线在捻制完成后沿捻制相反的方向出现不同程度的回转,严重影响钢帘线的使用性能。为了减小钢丝捻制过程中出现的残余扭转,设计了钢帘线残余扭转在线监测及自动消除控制系统。利用西门子S7-200系列PLC（programmable logic controller,可编程逻辑控制器）对控制系统的软件和硬件进行合理配置,并详细阐述了系统的硬件和软件设计。采用台达DOP系列的触摸屏,实现钢帘线残余扭转在线实时监测的功能。该设备整机性能稳定,实现了残余扭转的控制与消除,满足生产线高柔性化、高效率、高质量的自动化生产要求。     

焊接箱形截面不锈钢柱相关稳定性能分析

采用有限元法对焊接箱形截面不锈钢柱的局部与整体相关稳定性能进行分析,研究利用板件的屈曲后强度,以实现更为经济合理的构件截面设计。建立了可以准确模拟不锈钢非线性材料力学性能、截面焊接残余应力和构件的局部与整体几何初始缺陷等因素的精确有限元数值模型,并依据试验结果对模型的可靠性进行了验证。基于验证可靠的有限元模型,开展了系统参数分析,同时补充了大量的数值计算数据点。根据得到的试验和有限计算结果,对相关稳定承载力的理论计算方法进行了比较分析,表明现有的方法应用较为复杂,而且可能高估构件的相关稳定承载力。针对奥氏体型和双相型两类不锈钢提出了通用的计算修正系数,给出了新的直接强度法计算公式,经试验与有限元计算结果验证,表明其能够准确计算焊接箱形截面不锈钢柱的相关稳定承载力。     

数值模拟在陶瓷粉末材料冷等静压过程中的应用

为了解释陶瓷粉末件低密度缺陷的形成原因，借助有限元分析软件MSC.MARC对陶瓷粉末件的冷等静压（CIP）形成过程进行了有限元数值模拟，从数值计算的角度给出了成形过程中粉体的应变分布、密度分布规律，并提出了改善陶瓷粉末体件低密度现象的对策，研究结果表明：在CIP成形过程中芯棒顶端倒角处变形受到抑制，等效应变最大，相对密度最小，出现变形不均匀现象；粉末构件的几何形状、尺寸、模具形状对低密度区域的形成有较大影响。     

双辊夹持板料旋压成形过程塑性变形行为的研究

双辊夹持式板料旋压成形是用来加工薄壁回转体法兰零件的新工艺。为了研究其旋压成形过程中的塑性变形行为,利用ABAQUS软件建立了双辊夹持旋压成形过程的三维有限元模型,并进行了薄壁回转体法兰零件的旋压成形过程的数值模拟,获得了成形过程中等效应力、应变及壁厚的分布。研究了翻边长度对成形件应力应变及壁厚减薄率的影响规律。结果表明等效应力、应变及最大壁厚减薄率均随着翻边长度的增大而增大,由此根据不同的毛坯材料可以确定相应的最大翻边长度。     

钢筋混凝土桥梁疲劳累积损伤失效过程简化分析方法

为了有效预测疲劳损伤累积程度与桥梁剩余寿命,提出了钢筋混凝土桥梁结构在运营荷载下疲劳失效全过程数值模拟的简化方法。首先,根据混凝土及钢筋疲劳刚度退化、疲劳强度退化与疲劳残余变形演变规律,建立了混凝土及钢筋经历任意次数疲劳加载后的剩余强度包络线方程,基于混凝土单轴本构模型和钢筋理想弹塑性模型,建立了混凝土及钢筋疲劳本构模型;然后,在此基础上对文献提出的疲劳全过程分析法进行了改进,提出了疲劳损伤累积失效全过程数值分析法;最后,基于ABAQUS 软件平台和该文方法,对某钢筋混凝土简支梁算例进行疲劳全过程数值分析。结果表明:利用该文方法得到的模拟值与试验值的相对误差处于合理范围之内,验证了该文方法的可靠性和实用性。     

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.     

U肋加劲板焊接残余应力的一种简化计算方法

基于焊接残余应力数值模拟方法, 分析了U 肋加劲板各组成板件的板宽、板厚对焊接残余应力分布的影响, 揭示了U 肋与母板残余应力合力的分配规律, 提出了针对不同构造尺寸的U 肋加劲板焊接残余应力分布简化计算方法。研究结果表明:各组成板件的板宽变化对焊接残余拉应力的分布影响较小, 但对焊接残余压应力的大小影响较大;U 肋与母板的板厚比对U 肋与母板残余应力的分配比例影响较大。U 肋加劲板受压承载力计算时, 焊接残余应力分布可以采用简化方法计算, 其结果与根据数值模拟得到的焊接残余应力分布计算的结果基本一致。     

Cold drawn steel wires—processing, residual stresses and ductility Part II: Synchrotron and neutron diffraction

Cold drawing of steel wires leads to an increase of their mechanical strength and to a drop in their ductility. The increase of their mechanical strength has long been related to the reduction of the various material scales by an intense plastic deformation. Besides, it was discussed in the companion paper that large plastic deformation leads to the loss of the material hardening capabilities and that, in such a case, residual stresses preserve the elongation to failure of wires. Experimental measurements of residual stresses inside the wire have therefore been undertaken. In this paper, lattice parameters as measured using synchrotron diffraction are compared with those calculated using the residual stress fields as determined by the finite‐element method. There is a major disagreement between experimental and numerical results that is too large to be attributed to the errors of the finite‐element analyses. Therefore, neutron diffraction experiments have also been performed. These measurements show that there is a significant variation of the lattice parameter with the drawing level, which is not inherited from residual stresses, and that variation is very sensitive to the cooling rate after processing. It is therefore proposed that cold drawing would induce a phase transformation of the steel, possibly a martensitic transformation.     

水平弹性支承圆弧钢拱的平面内极限承载力研究

支承于其他结构构件上的拱的支座约束可以用拱脚处的水平弹簧进行等效替代。利用ANSYS有限元程序,在考虑了几何缺陷、残余应力和材料非线性的基础上,采用大挠度变形理论对水平弹性支承拱进行了研究,分析了其极限强度和失稳特征。针对工字形截面,研究了不同荷载工况下支座刚度对拱的承载力的影响,得到了两者之间的变化关系和极限状态下支座位移的计算公式。使用已有的两铰圆弧拱设计公式对弹性支承拱进行了验算,并提出了实用的简化设计准则。     

预应力钢绞线网加固混凝土圆柱的轴压性能

开发了一种预应力钢绞线(钢丝绳)网加固混凝土柱新技术, 对24根预应力加固混凝土圆柱和2根未加固对比柱进行了试验, 研究在单调轴向荷载作用下, 钢绞线间距、预应力水平对混凝土柱加固效果的影响。试验结果表明:较对比柱, 预应力加固柱的轴向峰值应力和应变最大提高幅度为83%和95%, 加固效果随预应力水平的提高而提高;随钢绞线间距的减小, 加固效果大幅度提高;钢绞线间距对加固效果的影响大于预应力水平的影响。建立了预应力钢绞线加固混凝土柱峰值应力和应变计算式, 提出了两种应力-应变全曲线关系模型, 计算结果与试验吻合良好, 可为相关研究提供理论支持。预应力钢绞线网加固混凝土柱技术是一种主动、高效、无损加固新技术, 具有推广和应用价值。     

通用桥式起重机钢丝绳断裂失效分析

为查明某玻璃厂一台通用桥式起重机钢丝绳断裂导致货物坠落的事故原因,对断裂的钢丝绳进行了理化检验,并对钢丝绳滑轮组和防跳绳安全保护装置的结构进行了分析。结果表明：钢丝绳断裂为挤压磨损致使钢丝绳不能承受较大载荷而产生的一次性大应力断裂,导致事故的直接原因是防跳绳安全保护装置的结构设计存在严重缺陷,使钢丝绳脱出滑轮槽在轴衬套上运行,产生较大的滑动摩擦力,使钢丝绳磨损变形。     

热轧高含量B4C颗粒增强Al基复合材料的成形性能

高含量B₄C (B₄C≥30wt%)颗粒增强Al基(B₄C_P/Al)复合材料具有优异的结构和功能特性,尤其是具有优异的中子吸收性能,在核防护领域被用做屏蔽材料使用。但由于高含量B₄C颗粒的加入,使B₄C_P/Al复合材料变形困难。采用ABAQUS数值模拟方法对不同变形量下B₄C_P/Al复合材料的热轧过程进行数值模拟分析,在480℃温度下对热压烧结的B₄C_P/Al复合材料坯料进行轧制,并对其微观组织和力学性能进行分析。数值模拟结果表明,热轧变形量达到60%以上时,B₄C_P/Al复合材料板材表面中间区域应力较小,侧面应力较大,在板材边缘容易产生残余应力。研究结果表明,随轧制下压量的增加,B₄C_P/Al复合材料中B₄C颗粒分布明显均匀,位错密度增加。当轧制变形量达到70%时,B₄C_P/Al复合材料的屈服强度提高至249.46 MPa,极限抗拉强度提高至299.56 MPa。在拉伸过程中,B₄C颗粒优先断裂,但并未与基体界面脱黏,B₄C颗粒承受了主要载荷,Al基体发生塑性流动,从而提高了B₄C_P/Al复合材料的强度。      

均匀受压两铰圆弧钢拱的平面内稳定设计曲线

采用大挠度弹塑性有限单元法对均匀受压两铰圆弧钢拱的平面内稳定性进行了研究,考虑了材料非线性、残余应力、初始几何缺陷的影响,得到了焊接工字型截面、热轧圆管截面和焊接箱型截面两铰圆弧钢拱的平面内稳定设计曲线,并与德国钢结构设计规范及美国结构稳定研究委员会的设计曲线进行了对比;建议的稳定设计曲线可用于均匀受压两铰圆弧钢拱的平面内稳定性设计,供我国拱形钢结构设计规程制定时参考。     

非加劲板抗剪极限承载力

重点研究了板的初始几何缺陷、残余应力、高厚比及边长比等影响因素与抗剪极限承载力的关系,推导出铰接刚性边界焊接板抗剪承载力计算公式。研究表明,初始几何缺陷分布模态、大小和残余应力对板的抗剪极限承载力的影响程度可以忽略不计,从而大大地简化了抗剪板承载力的计算;在经过大量塑性塑动后,较小高厚比受剪板的屈曲后强度有一定的提高,而薄板基本保持不变。