正交各向异性带钢瓢曲变形行为样条有限元研究

带钢在轧制过程由于晶粒的择优取向而产生各向异性,为了研究这种各向异性对带钢板形瓢曲行为的影响规律,针对生产中常见的板形瓢曲缺陷,根据正交各向异性薄板小挠度理论和屈曲问题的驻值势能原理,建立了带钢在纵向延伸塑性应变(初应变)作用下以样条函数为基础的前屈曲样条有限元计算模型,获得了屈曲临界塑性应变、临界波长与带钢各向异性程度的关系;根据大挠度理论和虚功原理,应用样条有限元获得了正交各向异性带钢后屈曲路径。计算分析了带钢正交各向异性程度对中浪、边浪、四分之一浪、边中复合浪屈曲变形前屈曲临界条件及后屈曲变形过程的影响规律。     

具有初始翘曲缺陷冷轧薄带钢板形瓢曲变形行为研究

针对薄带钢冷轧生产过程中出现的翘曲复合瓢曲板形缺陷,应用扁壳理论和伽辽金虚位移原理,建立了非均匀载荷作用下屈曲变形解析计算模型,求解获得了具有初始翘曲缺陷的带钢再发生瓢曲变形的屈曲临界载荷和临界波长,讨论分析了初始翘曲对瓢曲变形的影响规律。计算结果表明,随着带钢翘曲程度的增大,瓢曲变形的屈曲临界载荷增大,即越难出现瓢曲缺陷;当翘曲为C翘缺陷时,中浪型瓢曲的屈曲临界波长随翘曲值的增大而增大,边浪型瓢曲的屈曲波长则随翘曲值的增大而减小;当翘曲为L翘和四角翘时,中浪和边浪型瓢曲的临界波长随着翘曲值的增大而减小。在实验轧机上进行轧制实验研究,通过设计工况在铝板轧制中获得了翘曲复合瓢曲的板形缺陷模态,验证了解析计算方法的正确性。同时,运用ANSYS有限元法对实验轧制工况进行仿真分析,获得了与实验结果基本一致的翘曲复合瓢曲的板形缺陷模态,和与解析计算结果吻合良好的屈曲临界条件,进一步证明了解析计算结果的准确性。     

冷轧薄宽带钢局部型中浪瓢曲变形行为研究

针对薄宽带钢冷轧过程中易发多发的局部型中浪瓢曲缺陷,引入非均匀载荷宽度、弹性约束系数及平均张应力建立了屈曲变形的解析计算模型。应用能量最低原理对屈曲变形区域进行搜索求解,得到了局部型中浪屈曲临界条件(包括临界应力、屈曲波长和屈曲波宽),获得了其与非均匀载荷宽度、弹性约束系数、平均张应力的关系,并发现平均张应力是产生局部型中浪的重要影响因素。应用样条有限元方法对局部型中浪进行数值仿真分析,验证了屈曲解析计算方法的正确性。在实验轧机上进行了轧制研究,通过轧制获得了局部型中浪屈曲模态,对实验结果分析得到了相对应的屈曲临界条件,与解析法和样条有限元法结果基本吻合,证明了样条有限元计算方法与解析计算方法的正确性及其工程应用价值。     

薄宽带钢任意位置局部浪形屈曲变形行为分析

针对薄宽带钢生产过程中出现的任意位置局部型瓢曲浪形缺陷,考虑平直段边界弹性约束作用及其所储存的应变能,应用能量变分法建立了任意位置局部非均匀载荷作用下屈曲变形的解析计算模型,获得了屈曲临界载荷的表达式,并基于驻值势能原理对屈曲变形区域进行搜索求解,得到了临界条件。应用ABAQUS有限元对任意位置局部浪形进行仿真计算,获得了屈曲模态及临界条件,验证了屈曲解析计算模型的准确性。在此基础上,分析了屈曲临界条件与弹性约束系数、屈曲区域中心距带钢自由边垂直距离、非均匀载荷半宽以及平均张应力之间的关系,并指出带钢不产生屈曲区域超出带钢板宽的任意位置局部浪形时,相同初始条件下任意位置的局部浪形屈曲临界条件计算结果都相同。     

镀锡钢板分条翘曲的残余应力分析

使用X-350A型X射线应力测试仪对分条翘曲的镀锡钢板残余应力进行测定,发现镀锡钢板的分条剪切过程对原有残余应力有一定的释放,但是并没有产生新的残余应力。对镀锡钢板生产过程中的各阶段取样进行残余应力测定,结果表明:连续退火和平整之前冷轧态的带钢存在较大的表面残余压应力;平整之后的带钢表面残余压应力明显较冷轧态带钢的要小,但仍然存在一定的残余压应力;而在镀锡之后,镀锡板表面依然存在一定的残余应力,且与平整后带钢的残余应力在数值上接近;镀锡钢板发生翘曲的根本原因是平整轧制过程中带钢上下表面的纵向延伸不相等。本研究工作对解决镀锡钢板分条翘曲行为,改善镀锡钢板生产工艺有借鉴作用。     

入出口张力辊的设计计算

1、前言 近年来,随着轧制技术的快速发展,薄带材的平直度已经有了较大改善。但是,由于用户对板带材尤其是高精度板带材的平直度要求严格,拉弯矫直机机组仍然是薄带材生产中不可缺的重要设备。拉弯矫直机可使带材在拉伸应力作用下通过反复弯曲产生塑性延伸,从而消除带材在冷轧时产生的波浪、翘曲、侧弯及潜在的不良板形缺陷,提高产品板形质量。     

平整加工对高强钢抗畸变能力的影响及优化

为解决高强带钢在生产加工过程中产生的板形缺陷和畸变,本文采用裂纹柔度法测量单下辊传动平整加工前后620JJ带钢内部残余应力,并依据残余应力在厚度或板宽方向分布不均将导致带钢发生畸变,定义带钢应力不平衡度为畸变评价指标,分析了平整工艺对带钢内部残余应力分布和畸变的影响,并利用ABAQUS有限元模拟探究了工艺优化方案。结果表明：裂纹柔度法能够准确表征带钢内部残余应力;应力不平衡度可以直观地表征带钢产生畸变的可能性;平整加工对带钢的主要影响是应力的均衡化和降低整体残余应力水平,平整前后各测点弹性应变能极值与平均值差值从169.25 MPa·mm降至141.86 MPa·mm,带钢内部残余应力的最大值由463.26 MPa降至363.6 MPa;将平整工艺改为双辊传动、增加摩擦力、增加张力、增加轧制力等方式均可有效改善应力不平衡度。     

压痕应变法测试车桥用钢的表面残余应力

采用压痕应变法分别对某车桥用钢在单矫和复矫(二次矫直)工艺条件下表面残余应力的分布情况进行了研究。结果表明:车桥用钢在剪切下料后出现的板形缺陷与钢板表面的残余应力大小和分布有直接关系,当表面残余应力或者正反面残余应力的差值较大时,钢板容易出现瓢曲等板形缺陷。这也说明了应用压痕应变法测试钢板表面的残余应力可以在剪板前有效地预测钢板变形情况,应用该技术可以有效地指导钢板轧制和矫直工艺的调整。     

屈曲约束支撑端部塑性扭转屈曲试验研究

屈曲约束支撑是一种利用金属屈服滞回耗能的装置,具有性能稳定、制作方便、成本低廉等优点。该文通过三根部分焊接屈曲约束支撑试件的低周疲劳试验,探讨了其核心板端部无约束段扭转屈曲的失效模式,并进一步与理论公式进行对比。试验结果表明:屈曲约束支撑核心板端部无约束段的塑性扭转屈曲会导致屈曲约束支撑失效,需要在设计时特别关注;屈曲约束支撑构件的轴向变形对试件的扭转屈曲失效影响显著,轴向变形越大,塑性屈曲临界应力越低,同时施加的实际轴向应力越大;理论公式能够较好的预测屈曲约束支撑端部无约束屈服段的扭转屈曲失效。     

斜卷边冷弯薄壁槽钢轴压柱弹性畸变屈曲计算

畸变屈曲是冷弯薄壁卷边槽钢的一种重要屈曲模式,弹性畸变屈曲临界应力是目前一些主要规范计算畸变屈曲的关键。该文首先推导出畸变屈曲模式下,构件纵向翘曲位移的显式计算公式,从而简化计算过程;然后基于经典的薄板理论,计算平面内位移,确定构件平面内的变形,在现有研究基础上得到斜卷边冷弯薄壁槽钢轴压柱弹性畸变屈曲计算公式;最后与有限条法、近似模型计算法进行对比,验证了该文计算方法的正确和有效性。该文中的弹性畸变屈曲计算公式简单,便于手算,可供工程设计人员参考。     

机械挤压矫正焊接变形的模拟与试验研究

利用自制的夹具对机械挤压矫正薄板焊接变形的效果进行了试验研究.采用有限元分析方法对常规焊件和机械挤压焊件的应力应变场及残余变形进行了模拟.试验和模拟结果均表明,对焊件施加平行于焊缝方向的纵向挤压力能够有效矫正薄板焊件的失稳变形.在适当的挤压力下,在远离焊缝的区域产生了纵向压缩塑性应变,而焊缝区由焊接过程导致的塑性应变值没有发生变化.机械挤压法能够降低薄板焊件焊缝区的纵向拉应力水平是其能够矫正焊接失稳变形的原因.     

冲击载荷作用下夹芯板的后屈曲研究

利用ABAQUS有限元软件,对SHPB作用下的夹芯板的变形特性进行了分析,将有限元计算结果和实验测量结果作对比。在冲击载荷时间历程内,着重从芯板的位移和应力以及应变这3个方面对芯板的后屈曲问题进行了分析,研究了夹芯板中弹塑性压缩波的传播过程,芯板在压缩波作用下的动力屈曲产生、传播特性,压缩波与屈曲变形的相互作用以及塑性后屈曲大变形的发展规律。     

入口侧辊板非对称接触轧制时的变形效应

针对中厚板轧制时前端部板形翘曲这一生产中常见的技术问题,在轧机上通过静态压缩、轧制试验,观察、分析了入口侧辊板非对称接触对轧制过程的影响.探讨了轧制时变形区几何形状系数l/对轧件前端部翘曲的影响规律.指出入口侧辊板非对称接触轧制时,金属沿高向变形与流动、应力分布呈非对称状态,使金属沿高向上的纵向流动不均匀,这是导致轧件出辊缝后前端部翘曲的主要因素之一.     

条层法及其对板带轧制三维变形的仿真

提出一种模拟板带轧制过程三维变形的新的数值方法——条层法。首先沿高向将变形区均匀地划分为若干层,然后再沿着金属的流动轨迹将变形区内的每层带材划分为若干流线条元,为了方便分析和计算,又将流线条元映射为矩形条元。横向位移的纵向分布被构造为四次曲线,横向分布用三次样条插值函数表示,高向分布用二次曲线拟合。根据塑性力学流动理论,分析推导了变形区三维变形和应力的数学模型。与作者曾经提出的流线条元法相比,考虑了应力与变形沿高向的不均匀分布,实现了精确的三维分析和计算。关于热带钢连轧和厚板轧制的仿真实例表明,提出的方法和模型符合实际,为板带轧制过程的三维力学仿真提供了一个新的实用工程数值方法。     

薄壁曲梁的横向弯曲稳定分析

根据势能驻值原理,从曲梁的变形几何方程出发,采用转换B3样条函数模拟薄壁杆件横截面的纵向位移场,得到含非线性应变的薄壁曲梁的能量方程,采用样条有限杆元法求解薄壁曲梁的横向弯曲稳定问题。方法很好地描述了薄壁曲梁的翘曲位移和剪滞效应,为分析薄壁曲梁弯扭问题提供了一种有效的方法。数值算例表明本方法的前处理简单、收敛速度快,精度高。     

横向和纵向荷载下石墨烯/Al层状梁的弯曲特性

采用分子动力学(MD)方法模拟了石墨烯(GNs)/Al层状梁在横向荷载和纵向压缩下的弯曲变形，探究了层状梁弯曲特性的影响因素。从横向荷载下的弯曲结果可见，由于层间作用的影响，层状梁的弯曲刚度随着GNs层数的增加而不断降低。GNs/Al层状梁的弯曲机制并非由GNs和Al组分特性的简单相加，这使经典连续力学难以适用于高各向异性的层状材料中。在单轴纵向压缩中，GNs使细长的层状梁在塑性变形前更易发生屈曲行为。发生屈曲的临界应力σ_cr和临界应变ε_cr主要受层状梁中重复层厚度的影响，尤其在重复层厚度不足2 nm时，σ_cr和ε_cr急剧降低。屈曲后的弯曲变形中，位错形核的拉-压不对称性使原子缺陷仅从受压缩的地方产生。随着GNs层数的增加，重复层间距离降低，层状梁的柔韧性随之增加。     

自复位可更换软钢耗能支撑性能研究

传统屈曲约束支撑结构在震后残余变形较大,不易修复或更换。该文提出一种新型自复位可更换软钢耗能支撑,提出了理论设计方法。制作了缩尺比例为0.6的试验构件并进行了低周往复加载试验同时对试验进行了数值模拟,与试验结果进行对比并作进一步分析。研究结果表明:新型支撑中软钢耗能件可以实现良好的高阶屈曲耗能,在加载过程中支撑主体构件无塑性发展;同时残余变形很小,结构有着良好的自复位能力和受力性能。软钢夹持间距的适当减小,软钢耗能件的多阶屈曲变形和塑性发展更为理想,提高了支撑的耗能能力,尤其改善了支撑在受压时的耗能能力。在更换了软钢耗能件后,支撑仍可以继续工作,实现了新型支撑"自复位可更换"的设计目标。     

模具对复合材料构件固化变形的影响分析

通过光纤光栅的方法实验研究了在热压罐成型工艺过程中,复合材料构件由金属固化模具与复合材料构件热不匹配导致的沿厚度方向和面内的固化残余应力发展,得到了固化后残余应力沿构件厚度方向和面内的分布情况,并分析了该残余应力分布的产生机制以及对构件固化后变形的影响.结果表明:复合材料与模具之间的热不匹配导致的固化残余应变沿构件厚度方向呈梯度分布,靠近模具端大于远离模具端,并且该应变会引起构件固化后的翘曲变形,变形以沿纤维方向为主.     

模具对复合材料构件固化变形的影响分析

通过光纤光栅的方法实验研究了在热压罐成型工艺过程中, 复合材料构件由金属固化模具与复合材料构件热不匹配导致的沿厚度方向和面内的固化残余应力发展, 得到了固化后残余应力沿构件厚度方向和面内的分布情况, 并分析了该残余应力分布的产生机制以及对构件固化后变形的影响。结果表明: 复合材料与模具之间的热不匹配导致的固化残余应变沿构件厚度方向呈梯度分布, 靠近模具端大于远离模具端, 并且该应变会引起构件固化后的翘曲变形, 变形以沿纤维方向为主。     

随焊旋转冲击控制焊接变形新方法

提出了旋转冲击控制应力变形的新方法,并研制了一套旋转冲击装置.工作时通过电锤带动装配在其上的压杆施加旋转冲击作用于焊缝及焊趾部位,使其延展产生拉伸塑性应变来抵消焊接过程产生的残余压缩塑性应变,从而有效的控制了工件的焊接变形.应用所研制的装置,对2A12T4铝合金进行控制焊接变形的试验,发现旋转冲击可以起到减小焊后工件中残余变形、细化焊缝晶粒、提高强度的作用.