低匹配对接接头的抗冲击等承载设计方法

针对A921高强钢低匹配焊接接头抗冲击承载能力不足的问题,基于等承载的思想提出了以冲击功为承受冲击载荷能力的参量,并以此建立了等承载关系.通过A921钢试件的夏比冲击试验,发现其材料冲击韧度与抗弯能力之间具有线性关系,并获得了冲击韧度与构件几何尺寸之间的定量关系.通过Q345钢试件的冲击试验验证了上述关系依然成立,表明...     

基于等承载思想的低匹配T型接头设计

针对低匹配焊接接头承载能力不足的问题,基于等承载思想建立等承载基本理论,通过定义广义匹配比和广义力学集中系数,提出广义力学集中系数与广义匹配比相等为等承载的实现条件。构建等承载设计的一般方法:明确接头失效形式,确定目标失效模式;确定接头危险位置;构建承载能力与几何参数、材料力学性能关系式;分别求解焊缝临界曲线并取包络线。以承受静拉伸的T型接头为例验证了以上方法的可行性:失效形式为静载断裂,按照全面屈服(焊缝)断裂模式进行设计,给出明确的实现条件;建立理论应力集中系数与几何参数的关系式;结合T型接头几何特点给出求解步骤;建立等承载T型接头弹塑性有限元模型,接头的断裂模式为全面屈服(焊缝)断裂,承载能力达到了母材的屈服水平。结果表明等承载基本理论和方法具有一定的普适性,能为更多的焊接接头等承载设计问题提供解决方案。     

基于等承载理论的低匹配接头焊接残余应力三维有限元模拟

利用有限元法,采用生死单元技术对CF62焊接接头进行等匹配多道焊焊接模拟,并与316L不锈钢进行低匹配多道焊焊接模拟。设计基于等承载理论的低匹配焊接接头,建立低匹配多道焊焊接接头普通对称X型焊缝焊接接头和基于等承载理论设计的低匹配焊接接头模型。结果表明低匹配焊接接头相较等匹配焊接接头能降低残余应力。基于等承载理论设计的低匹配焊接接头残余应力较低匹配普通焊接接头更小,并能提升焊接接头后期使用的承载性能,更具优越性。     

5083H111轧制铝合金的低周疲劳行为

在室温下对5083H111轧制铝合金板三个典型方向——轧制方向(RD方向)、与轧制方向成45°角方向(MD方向)、垂直于轧制方向(TD方向)的试样进行了单轴对称应变控制的低调疲劳试验,研究了不同方向试样的循环变形行为和疲劳寿命差异。结果表明:铝合金板在三个方向上都表现出了明显的循环硬化特性,即在恒定的应变幅下,三个方向的响应应力幅均随着循环次数的增加而增大,并且外加应变幅越大,响应应力幅也越大;三个方向的低周疲劳ε-Nf曲线差别不明显;三参数幂函数寿命模型可以很好地预测5083H111铝合金的低周疲劳寿命。     

胶焊搭接接头的应力分布和疲劳行为研究

考察了胶焊接头焊点区的结构组成和硬度分布,建立了胶焊接头的计算模型,模型中计人了若干结构细节,使之与实际接头更为接近。计算并对比研究了胶焊和点焊、胶焊和胶接接头中的应力。通过疲劳试验获得了三种接头的－Ｎ曲线,研究了三种接头的疲劳性能和断裂特征。结果表明,数值分析所得应力与疲劳性能试验结果及试验现象吻合良好。在电阻点焊接头中采用胶粘剂,可大大改善电阻点焊接头的疲劳性能,而焊点对胶接接头的疲劳性能有不利影响。     

工艺参数对镁钛异质金属超声波点焊接头拉伸性能及疲劳性能的影响

镁、钛等轻合金在工业上的广泛应用离不开其异质结构件的连接,作为应用较为广泛的固相焊技术,超声波点焊技术是实现高强度连接的有效途径之一。对镁钛异质金属进行超声波焊接,研究焊接参数对接头拉伸性能及疲劳性能的影响规律,用极差分析法和方差分析法研究焊接参数及参数间交互作用的影响权重,通过疲劳试验结果和Paris模型分析焊接参数对接头疲劳性能的影响。研究结果表明：在镁钛超声波焊接接头拉伸性能中,焊接压力是最显著影响因素,其次是焊接时间和焊接振幅,另外焊接时间与焊接振幅之间的交互作用对性能也有显著的影响。疲劳性能中,接头在不同的循环次数下失效模式不同,通过微观分析研究界面断裂机制,当接头达到高强度连接时,过高的焊接参数会导致镁板厚度降低,从而显著降低焊件的疲劳性能,其中焊接压力影响最为显著。     

超声冲击处理焊接接头疲劳设计若干问题的探讨

对大量超声冲击处理焊接接头的试验结果进行分析总结,探讨超声冲击焊接接头疲劳设计与原始焊接接头的差异,并得到下述结论：①材料强度对超声冲击方法改善焊接接头疲劳性能的处理效果有一定影响,随着接头材料强度的提高改善效果也越好,因此采用低强钢超声冲击处理焊接接头的疲劳试验结果得到疲劳设计S—N曲线是安全的。②超声冲击处理焊接接头试件S—N曲线的斜率m远大于3(6～23),不能将试验结果硬性规定按m=3．0进行统计处理,推荐取m=10。③经过超声冲击处理后其疲劳强度不再与所外加的平均应力无关,而是随着应力比R的增加,接头所能够承受的疲劳应力幅度有所降低。因此建议采用最大应力对超声冲击处理焊接接头进行疲劳设计。④当采用最大应力对超声冲击处理焊接接头进行疲劳设计时,外载荷中所含平均应力与超声冲击处理焊接接头在FAT(200万次循环次数下的特定疲劳强度,将其定为疲劳级FAT)下的疲劳强度(应力范围)之间．的关系为：F(R)=1．25-0．5R,-1≤R≤0．5。     

高压气瓶4130X钢低周疲劳特性及疲劳设计曲线探讨

针对大容积钢制无缝气瓶材料4130X钢,开展了应变控制下4130X钢的循环特性、应变幅-寿命关系、概率-应变幅-寿命关系和疲劳设计曲线研究,参考ASMEⅧ-2—2021和JB 4732—1995《钢制压力容器——分析设计标准》给出了4130X钢的疲劳设计曲线。获得的4130X钢疲劳设计曲线,与规范中793 MPa≤σ_uts≤892 MPa的疲劳设计曲线有一定的差异,略高于ASMEⅧ-Ⅱ(σ_uts≤552 MPa)和JB 4732—1995(σ_uts≤540 MPa)的疲劳设计曲线。4130X钢材料疲劳寿命设计可采用本文提出的疲劳设计曲线或保守地采用ASMEⅧ-Ⅱ(σ_uts≤552 MPa)和JB 4732—1995(σ_uts≤540 MPa)中对应材料的疲劳设计曲线。     

提高焊接接头疲劳性能的低相变点焊条焊趾熔修技术

在焊接接头疲劳试验的基础上,首次提出了用于提高焊接接头疲劳性能的低相变点焊条焊趾熔修技术。采用低相变点焊条LTTE和普通焊条E5015,分别对非承载十字接头和纵向环绕角焊缝接头实施焊趾熔修,进行疲劳性能对比,并与该两种形式接头的全LTTE焊缝接头疲劳性能进行比较。结果表明:相对于普通焊条E5015接头,低相变点焊条LTTE焊趾熔修技术可以有效地提高焊接接头的疲劳性能,其疲劳强度达到全LTTE焊缝接头的疲劳强度。这一技术降低了LTTE焊条的使用成本,为低相变点焊条在工程实践中的推广应用提供了一条有效途径。     

轮盘低周疲劳寿命预测的一种新方法

低循环疲劳失效是轮盘失效的主要形式。为了找到更加精确可靠地预测轮盘低周疲劳寿命的方法,基于三参数幂函数公式,提出了描述Walker等效应变参量与疲劳寿命关系的修正寿命预测模型。应用修正寿命预测模型对1Cr11Ni2W2Mo V、GH4133、TC4及TC11合金材料不同条件下的低周疲劳试验数据进行模拟,发现拟合曲线能够很好地描述Walker等效应变与寿命之间的关系,寿命预测点全部位于2倍分散带内。采用不同方法对高压压气机I级盘60℃下的寿命进行预测,并将预测结果与轮盘试验值进行比较。结果表明:修正模型的预测寿命值为1 048,与试验值1 340相近,相对误差仅为-21.8%,预测精度明显高于另外三种模型,并且修正模型能够考虑平均应力的变化对疲劳寿命所产生的影响,可为发动机轮盘的低周疲劳寿命预测提供参考方法。     

16MnR板材对接接头疲劳试验

列车运行速度的不断提高使转向架焊接构架疲劳破坏问题日益突出,由于缺乏适用于国内材料和焊接条件的基础疲劳性能数据,对机车车辆工业广泛使用母材和主要焊接接头形式的疲劳性能基本数据库的建设就显得十分必要.利用瑞士RUMAL电磁高频疲劳试验机测定16MnR板材对接接头的疲劳性能.使用成组法和台阶法获得接头的S-N曲线、存活率95%置信度水平90%的P-C-S-N曲线及接头的条件疲劳极限,最后利用八点法获得接头修正的Goodman-Smith图,这些结果可为焊接结构的可靠性设计、服役寿命估计提供试验数据基础.     

2524-T3铝合金搅拌摩擦焊对接接头的疲劳性能

对2524-T3铝合金母材及三种尺寸搅拌摩擦焊(FSW)对接接头的疲劳性能进行了研究,获得了各试样的S-N曲线并进行了分析。结果表明:在疲劳寿命为1×105周时,小厚度、短焊缝FSW对接接头的疲劳强度约为母材的80.8%,大厚度FSW对接接头的疲劳强度约为小厚度、短焊缝FSW对接接头的80.3%,大焊缝FSW对接接头的疲劳强度约为小厚度、短焊缝FSW对接接头的79.9%。     

5083铝合金带吻接FSW接头疲劳强度分析

针对具有吻接缺陷的5083铝合金板搅拌摩擦焊(FSW)对接接头试件,探索了吻接缺陷对搅拌摩擦焊对接接头疲劳强度的影响.使用维氏显微硬度仪测量了试件接头焊缝横截面硬度分布,测试结果显示,硬度值分布大致呈W趋势.采用MTS809疲劳测试机对试件进行疲劳测试,得到了不同吻接深度拉伸式样的名义应力-寿命关系.对疲劳断口进行SE...     

履带式起重机折线式臂架结构承载能力

履带式起重机的折线式臂架是典型的细长框架结构,臂架结构的稳定性是系统起重性能一个重要依据。以每个臂节为单位对臂架结构划分多个子结构,建立随子结构一起运动的随动坐标系。通过自由度凝聚,将子结构的内部位移凝聚到边界端面上。基于共旋坐标法,推导子结构单元的广义节点内力。考虑到臂架结构受到的机构约束和重物提升方式,给出由于机构位移和吊重附加在臂架结构上的广义节点外力及其对结构位移和机构位移的导数。对含载荷参数的臂架结构节点力平衡方程求导,得到一组微分方程,通过求解微分方程并结合失稳判断准则可以得到臂架结构的失稳载荷。通过数值算例,说明该方法在快速求解履带式起重机折线式臂架结构的失稳载荷方面具有很好的速度和精度。     

管道内对口器气动控制技术的应用

管道内对口器是各类钢制管道敷设中对两根被焊钢管的焊口进行对接的设备.管道对口是管道工程施工的主要工序之一,为提高管口的对接质量及对口的效率,必须要有性能好的管道施工装备.     

焊接接头的疲劳寿命评估问题

根据前人的试验和研究成果，定义焊趾处的工程检测到的表面裂纹长度为0.5mm．此前对应的循环次数为工程萌生寿命。给出了基于修正的Neuber法。并考虑了焊接残余应力影响的工程裂纹萌生寿命和基于断裂力学的裂纹扩展寿命的计算方法。     

近场超声悬浮承载能力及影响因素的理论及实验研究

应用流体动力润滑理论分别建立固定悬浮体以及自由悬浮体的超声气体挤压膜气膜压力模型,并对模型进行数值求解,获得超声频振荡气体挤压膜的压力分布及承载能力,在此基础上利用Christensen平均模型讨论了表面粗糙度对承载能力的影响。结果表明：气体挤压膜具有较大的承载能力,且承载能力大小主要取决于挤压运动的振幅和频率,其中,振幅对气体挤压膜承载力影响最为显著,而频率影响次之。低频范围内,频率对承载力的影响较大,而随着频率的升高其影响逐渐趋于平稳。构造适当的表面纹理可以在一定程度上提高气体挤压膜的承载力。研究结果可以为超声悬浮器件或涉及挤压膜问题的微纳器件设计提供参考。     

用于应力应变和疲劳显微分析的原位拉伸系统的研制

工业上的应用和材料学的发展客观上要求对材料的力学性能测试进行实时动态观测。本研究部自主研发出了配合扫描电子显微镜的原位拉伸试验系统,成功地实现了对拉伸试验全过程的原位观测和微区分析,并初步具备了原位疲劳试验的功能。该系统使用直流伺服电机驱动机械部分对样品施加拉伸载荷,在基于PC104的嵌入式控制系统中,使用专用PID控制芯片实现电机的闭环控制,并在软件设计中对数据采集、原位保持等关键技术进行了算法优化,以实现较高的精度和稳定性。本文介绍了该系统的机械结构、软硬件组成,并展示了使用该系统对金属材料进行原位拉伸实验得到的数据和结果。该结果为材料的拉伸性能提供了很好的宏观和微观证据。