考虑气隙分布的超大宽厚比钢锭凝固过程数值模拟研究

扁钢锭的设计及其质量控制是制约“冶炼-铸锭-轧制”方法生产特厚板的关键,大宽厚比扁锭可不经开坯直接轧制,从而简化生产流程,降低生产成本。采用数值模拟的方法研究了超大宽厚比扁锭的气隙生长、凝固进程以及缩孔缺陷的分布。同时,分析了不同宽厚比和预起拱参数对铸锭凝固质量的影响。结果表明,当大宽厚比扁锭凝固时,扁锭宽面中部与宽面1/4位置的气隙厚度差可达1 mm以上,进而在扁锭内部产生两个热中心。随着宽厚比的增加,双热中心现象更明显,导致缩孔缺陷增多。此外,随着预起拱高度的增加,双热中心现象变得不明显,缩孔体积减少,当拱高为80 mm时,超大宽厚比铸锭质量良好。

氨硼烷制备的高宽厚比氮化硼纳米片及其形成机理

受限于商业氮化硼(BN)晶体尺寸及BN独特的层间相互作用,传统的剥离法难以实现高宽厚比(>5000)氮化硼纳米片(BNNSs)的制备。以氨硼烷为前驱体,经烧结和分离得到了高宽厚比的BNNSs。通过FTIR,TG,TEM,XRD等手段对BNNSs的组成结构及形成机理进行表征。结果表明:当温度超过80℃时,氨硼烷之间开始交联脱氢,氢气释放使得在交联过程中形成泡沫结构,并最终在1000℃完成无机化,得到含有BNNSs的BN泡沫,其中的膜结构即为BNNSs。所制备的BNNSs为六方晶型结构,厚度约为1.5 nm,宽度约30μm,宽厚比达到20000。将高宽厚比的BNNSs与聚乙烯醇(PVA)复合制备成复合膜,其导热及力学性能相较于小宽厚比BNNSs所制备的复合膜有显著提升,充分说明了高宽厚比BNNSs在BN基复合材料领域的应用优势。

基于拓扑优化和缩尺试验的小宽厚比独柱式桥墩帽梁力学性能研究

由于小宽厚比独柱墩帽梁属于典型的应力扰动区构件,内部受力较为复杂,普通独柱墩帽梁的设计方法可能对其不适用。对小宽厚比独柱墩帽梁模型进行拓扑优化,分析小宽厚比独柱墩帽梁的空间受力特征,根据拓扑优化结果建立小宽厚比独柱墩帽梁的空间拉压杆模型基本构形,并根据最小应变能准则提出了确定其最优构型的方法。针对目前对小宽厚比独柱墩帽梁试验研究较少的现状,进行缩尺模型试验,研究其竖向静载作用下的受力特性。结果表明:在横桥向,帽梁顶部在双支座荷载下具有最大拉应力;在顺桥向,帽梁中间位置拉应力最大,帽梁的顶部拉应力低于中部,帽梁底部则表现出受压的趋势。由于未考虑顺桥向的力流扩散,根据相关规范中拉压杆模型设计方法计算得到的内力值与试验结果相差较大,说明规范法不适用于小宽厚比独柱墩帽梁的设计。试验结果的应力分布情况与根据拓扑优化结果提出的空间拉压杆模型一致,并且采用空间拉压杆模型计算得到的拉杆应力值相比规范法更加合理,证明本研究所提的空间拉压杆模型基本构形以及确定最优构型方法的合理性。

大宽厚比Q420角钢轴压构件稳定性能试验研究

通过对75根大宽厚比Q420高强度等边角钢的轴压试验,研究了该类构件的稳定性能,总结了其失稳变形特征,并将其稳定承载力与我国电力行业标准的设计值进行对比分析。研究表明两端铰接的Q420高强度等边角钢中长柱呈弯扭失稳,短柱呈局部屈曲;轴压柱的稳定设计折减系数的试验值高于规范计算值,并与构件的长细比有直接关系,针对这一关系提出了修正公式。试验结果说明Q420高强度等边角钢的屈曲强度比普通强度角钢提高很多。研究成果为高强度角钢轴压构件的稳定设计提供了前提条件,并为已有设计方法的修正提供了建议和依据,有利于我国Q420高强度角钢在输电铁塔结构中的应用。

不同靴座扩展出口宽度下大宽厚比铜扁线连续挤压过程的数值模拟

基于DEFORM3D软件,采用刚粘塑性有限元理论,运用三维有限元技术详细研究了不同靴座扩展出口宽度对铜扁线连续挤压成形过程的影响。得出了不同靴座扩展出口宽度对模口处的流速均方差、模具载荷、金属等效应场和平均应力场的影响规律。

横向厚差与宽厚比对冷轧带钢临界失稳板形的影响

基于秒流量相等的体积不变条件和弹性薄板稳定性理论,推导了理想条件和实际工况下冷轧带钢横向厚差、宽厚比与板形之间的耦合关系,分析各因素对临界失稳板形的综合影响规律。参考理想条件下横向厚差与板形的基本关系,建立实际工况下的影响模型。结果表明,0.3mm以下厚度薄带的横向厚差变化量对板形的影响明显;根据弹性薄板稳定性模型,分析横向厚差和宽厚比对临界失稳板形的影响。结果表明,当冷轧带钢的宽厚比大于3000时,临界失稳应力明显减小。通过实测1450六辊冷轧机的两卷典型带钢横向厚差,得到在生产不同宽厚比的超薄规格带钢时,需要根据入口带钢的横向厚差,调整负载辊缝形状,以保证出口带钢的横向厚差变化量满足板形不失稳条件,从而获得了良好的板形。

方形薄壁钢管混凝土柱管壁的宽厚比限值

方形薄壁钢管在内部填有混凝土后,其局部屈曲承载力有所提高.通过对方钢管与混凝土相互作用的分析,得出薄壁钢板在双向应力下的临界屈曲系数.计算结果表明,该临界屈曲系数随着薄壁钢板宽厚比的减小而略有增大,并保持在10 0左右.从而可以确定方形薄壁钢管混凝土柱管壁的宽厚比限值b/t.

宽厚比对双杆连续挤压6063铝合金焊合质量的影响

在连续挤压过程中,采用双杆连续挤压焊合的方法,适于成形宽铝合金壁板产品。然而,坯料与坯料之间焊合所形成的挤压焊缝会影响挤压产品的质量。通过显微组织观察、拉伸实验、断口分析和有限元模拟,研究了6063铝合金双杆连续挤压过程中产品宽厚比对焊合过程各焊合参数和最终产品焊合性能的影响,并建立了预测双杆连续挤压焊合质量的评估模型。结果表明,随着产品宽厚比λ由10增加到40,金属的变形程度增加,焊缝处氧化物颗粒的破碎程度逐渐增大,挤压焊缝逐渐由粗变细,产品焊合性能提高。数值模拟结果表明,随产品宽厚比的增加,焊合面上的焊合压力、焊合温度、等效应变速率和焊合速度均显著提高;并在此基础上分析了排除死区的有效焊合路径上压力-时间-等效应变速率J焊合判定参数值的变化规律,计算得出焊合判定参数分别在焊合路径起点和模口处出现两次峰值,分别是最大焊合压力和最大等效应变速率所引起的;同时,随产品宽厚比的增加,J值呈现先迅速增加后缓慢增加的趋势,与拉伸实验结果吻合较好,能准确预测双杆连续挤压产品的焊合质量。

不同阻碍角下大宽厚比铜扁线连续挤压过程数值模拟

基于DEFORM3D软件,采用刚粘塑性有限元理论,运用三维有限元技术详细研究不同阻碍角对铜扁线连续挤压成形过程的影响。得出了不同阻碍角对出模口处的流速均方差、模具载荷、金属等效应场和静水压力应力场的影响规律,从而为工艺参数的优化提供有效的理论指导。

宽厚比超限的箱型截面焊接残余应力试验研究

大尺寸钢结构焊接箱型构件已经在多个实际工程中得到应用,但关于其构件截面残余应力分布的研究还很少。基于盲孔法的测量原理,对8个宽厚比超限的箱型截面构件的焊接残余应力进行试验研究,考虑材料等级、板件宽厚比对构件残余应力的影响趋势。研究表明:①随着材料等级增大,残余应力的峰值总体呈现出逐渐上升的趋势,但增大的幅度不大,大约增加了30%;②随着板件宽厚比的增大,残余应力的峰值总体呈现出逐渐下降的趋势,减小的幅度从57%～90%不等。在试验的基础上提出如下设计建议:对于宽厚比超过规范要求的焊接箱型构件,其残余应力的分布形式采用符合规范要求的箱型截面残余应力分布是偏于安全的。

电磁成形中大宽厚比板状件感应加热特性

研究了电磁成形大宽厚比板状件的感应加热特性,推导了电磁成形大宽厚比板状件单位体积感应加热功率公式。结果表明:中小尺寸的大宽厚比板状件角部感应加热功率与角部半径的平方成正比,角部半径越小,感应加热功率越小,板状件角部越难以熔化。单频磁场条件下,板状件角部和宽面部分均匀熔化的条件是板状件角部半径大于等于板状件宽面处电流透入深度。角部半径小于板状件宽面处电流透入深度时,电磁场难以使板状件角部和宽面部分均匀熔化。针对角部半径小于宽面处电流透入深度的板状件,提出双频电磁成形的方法,并成功制备出具有预设横截面形状的大宽厚比耐热不锈钢板状件。

加劲肋在大宽厚比方钢管混凝土柱中的应用

当方钢管混凝土柱宽厚比较大时,需要考虑管壁局部屈曲导致的截面部分失效。沿管壁纵向布置加劲肋有助于解决此问题。通过对带加劲肋钢板的屈曲系数k值的变参数分析,得出加劲肋尺寸对k值的影响,并建议选择加劲肋需要满足的两个条件。给出大宽厚比情况下等距布置加劲肋的步骤和验算方法。

中外抗震设计规范关于钢柱板件宽厚比限值的比较

板件宽厚比对钢结构的抗震性能有着重要影响,同时也是影响钢结构用钢量的一项重要指标,对钢结构的安全性和经济性均有着很重要的意义.目前国内已有不少文献认为我国现行抗震设计规范对梁柱截面板件宽厚比限值的规定尚不够严谨和完善,并对此提出了设计建议.结合中国抗震规范GB50011—2001、美国钢结构抗震规范ANSI/AISC 341—05、日本抗震规范BCJ和欧洲抗震规范Eurocode 8的相关规定,比较研究了中外抗震设计规范对工形截面和箱形截面钢柱板件宽厚比限值规定的异同,分析了中国抗震规范GB50011—2001关于钢柱板件宽厚比限值的合理性,为相关设计和研究提供了参考.

Ⅰ形轴压构件中板件的相关屈曲及宽厚比

采用有限条法分析了Ⅰ形轴心受压构件中翼缘和腹板的相关屈曲 ,推导了翼缘和腹板的宽厚比限值公式。分析中考虑了屈曲系数的变化以及残余应力、初弯曲等的影响 ,在弹塑性阶段采用了有效模量。最后 ,讨论了现行规范GBJ17—

有限元分析宽厚比对镁合金变通道挤压的影响

采用有限元分析软件,对250℃下AZ31镁合金变通道角挤压进行数值模拟分析,研究宽厚比k对成型过程中的挤压载荷、等效应力、等效应变和应变均匀性的影响。结果表明：宽厚比k对AZ31镁合金挤压成型过程中的挤压载荷、等效应力、等效应变和应变均匀性影响明显。k由4增长至10时,挤压载荷由1.1×10~6N增至5.5×10~6 N。k小于8时,试样的应力等效最大值约为270 MPa;当k为8时,在转角剪切区应变高达2.3,心部和表层的应变差值小于0.5,剪切区累积了大量的应变且应变均匀性高,易诱发动态再结晶和晶粒碎裂,细化晶粒,增强AZ31镁合金的强韧性能。

大宽厚比悬空薄膜的制备与性能分析研究

研究了MEMS中的悬空薄膜制备技术.用浓硼扩散自终止腐蚀法和PECVD淀积法分别进行了试验,得到了宽厚比为3000∶1的悬空浓硼Si薄膜和宽厚比为9000∶1的SiNx薄膜.对它们的力学特性进行了分析,用纳米硬度计测量了薄膜的杨氏模量.比较了两种方法的优劣.

板件宽厚比对高层钢结构压弯构件滞回性能的影响

根据能量等效性假设及热力学第二定律 ,推出损伤材料的弹性本构方程 ;采用混合强化准则 ,考虑Bauschinger效应、屈服平台、硬化 (软化 )效应及损伤和损伤演化影响 ,建立了结构钢弹塑性各向异性损伤本构关系 .结合构建的本构关系 ,采用八节点超参数壳体单元 ,推导了用U .L .格式及Cauchy应力描述的板壳双重非线性有限元方程 ,并编制了计算程序 .分析了翼缘宽厚比、腹板高厚比对工形截面钢压弯构件滞回性能的影响 ,提出了压弯构件板件宽 (高 )

箱形截面钢短柱在拉压循环荷载作用下的滞回性能和翼缘宽厚比限值

采用自编的双重非线性壳体有限元程序ＤＮＳＦＥＭ，分析了四边简支板和箱形截面钢短柱的滞回性能，得到了箱形截面钢短柱的翼缘板在强震条件下的宽厚比限值。

地震作用下窑尾框架结构框架梁板件宽厚比限值

窑尾框架为工业特种结构,用于水泥厂新型干法生产线中.2010版《建筑抗震设计规范》比2001版对钢结构框架梁板件宽厚比的要求更为严格,将导致用钢量明显增加.针对此问题,应用多尺度建模方法,分别建立根据2001版和2010版《建筑抗震设计规范》设计的窑尾框架结构有限元模型,进行不同抗震设防烈度及板件宽厚比下的窑尾框架地震响应分析,考察框架梁的局部稳定性.结果表明:不同抗震等级下,窑尾框架结构框架梁板件宽厚比限值较2010版《建筑抗震设计规范》的限值规定可适当放宽.

电磁成形高温合金大宽厚比板状件的实验研究

对大宽厚比(4?1)的高温合金(K3)板状件电磁成形包括工艺、感应器结构、屏蔽罩等进行了研究。结果表明:合理的感应器结构能使板状坯料均匀地沿横截面周界熔化并能约束一定高度的金属液柱;屏蔽罩能够调节感应器内的磁场分布,使感应器内的熔体处于合理状态;在其它条件一定的情况下,有一适合的抽拉速度和电源功率匹配,使熔化和凝固达到动态平衡;最后获得了表面质量良好、组织定向的宽厚比为 4?1 的高温合金板状件。