IVOSTUD螺柱焊异常横焊缺陷分析及优化

螺柱焊技术作为一类将螺柱或柱状金属焊接在金属表面的特种焊接工艺方法,在汽车生产制造中有广泛应用,在一些豪华车上通过螺柱焊焊接的螺柱数量高达三四百颗。文中针对艾沃斯达特(IVOSTUD)公司的螺柱焊枪进行研究,结合北京奔驰汽车车身生产过程中使用该设备进行螺柱焊接产生的一系列问题进行系列化的研究分析和模拟测试,对设备遇到的诸多问题提出有效解决方案,并具体到现场实施,经过一段时间的验证被证明有效。文中是对以上模拟测试过程和研究分析结论进行的总结提炼,一方面是与使用此螺柱焊枪的其他同行进行经验分享和技术交流,另外文中所采用的问题解决分析策略和试验验证测试手段亦值得与生产制造相关的技术工程师做参考借鉴和交流讨论。

基于运动生物力学特征的足球鞋研究综述

足球运动深受世界各地的欢迎,极具影响力与感染力。其激烈的对抗性明确要求足球装备与场地必须符合运动生物力学特征。足球鞋作为足球运动的主要装备,在不同场地需选用不同类型的足球鞋,以减少损伤。其中,作为与场地直接接触的部分,鞋钉应就不同场地需求具备相应的生物力学变化特征;作为保障运动员舒适性的鞋面材质、鞋底、质量与设计等因素均会直接影响运动员的运动表现。因此,为满足足球鞋的功能性需求,在确保运动员技术动作充分表现的同时避免一定的运动损伤,本文以运动生物力学特征为载体从鞋钉、鞋面、场地等影响因素视角对足球鞋相关研究进行了综述。

钢-UHPC轻型组合结构短栓钉抗剪性能试验研究

通过6个钢-超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)轻型组合结构短栓钉推出试验,对其抗剪承载力、破坏形态、栓钉应变及荷载-滑移曲线进行了研究,探讨了栓钉直径、长度、数量以及界面黏结对短栓钉抗剪性能的影响规律.结果表明:所有试件均为栓钉根部剪切破坏,UHPC板除栓钉根部沿承压方向部分UHPC压碎外,其余部分保持完好,UHPC可以抵抗栓钉传递的高压应力;栓钉根部截面屈服后应力强化阶段明显,栓钉发生剪切破坏时,栓钉根部上侧应变超过3500με;长径比为2.0的短栓钉在UHPC中也能发挥全部强度;所有试件的荷载-滑移曲线分为弹性、弹塑性和塑性3个阶段,所有短栓钉的最大滑移量均小于4 mm,工程应用时应按照弹性剪力连接件进行设计;栓钉直径对栓钉抗剪性能提高最显著,直径16 mm的栓钉比直径13 mm的栓钉的抗剪承载力和极限滑移分别提高了46.4%和11%,弹性刚度和塑性刚度分别提高了35.8%和59.1%,增加栓钉长度和界面黏结能有效提高栓钉的剪切刚度,长径比为3.0的栓钉比长径比为2.5的栓钉的弹性刚度提高了12.3%,界面有黏结试件比界面无黏结试件的弹性刚度提高了17.4%;相同间距内,合理增加更多栓钉有利于提高整体抗剪强度,但会降低延性变形能力.最后,结合实验数据和国内外UHPC中栓钉推出试验结果,建立了UHPC中栓钉荷载-滑移曲线和抗剪承载力预测表达式,计算值与试验值吻合良好.

不同锈蚀程度下栓钉连接件的抗剪性能分析

为研究栓钉连接件锈蚀条件下的抗剪性能退化规律,建立ABAQUS有限元模型进行数值模拟.针对均匀圆环、受压区半环、受拉区半环及拉压区半环4种不同的锈蚀分布形态,考虑不同的锈蚀高度、锈蚀深度进行数值分析.结果表明,当锈蚀深度相同时,4种锈蚀分布形态的栓钉抗剪承载力随锈蚀高度的增加而降低,在锈蚀高度为10 mm时降到最小,且锈蚀深度越大,承载力降低程度也越大;当锈蚀高度相同时,随着锈蚀深度的增加,抗剪承载力和抗剪刚度基本上呈线性下降趋势;当锈蚀高度和深度相同时,均匀圆环锈蚀的抗剪承载力和刚度的降低程度最大,相比其他3种情况降低60%左右,受压区半环锈蚀的抗剪承载力和刚度的降低程度最小.研究成果可为钢混组合结构栓钉连接件耐久性设计提供参考.

钢-混组合桥梁栓钉腐蚀疲劳失效及力学性能退化机理试验研究

腐蚀环境中钢-混组合桥梁的栓钉连接件可能因腐蚀-疲劳耦合作用而劣化,为此设计制作3组10个栓钉推出试件,分别进行腐蚀后的静力、疲劳性能试验和腐蚀-疲劳耦合试验,研究栓钉的腐蚀-疲劳失效及力学性能退化机理。结果表明:腐蚀作用使得栓钉抗剪刚度显著退化;腐蚀-疲劳耦合作用下栓钉疲劳寿命明显低于腐蚀后疲劳寿命;栓钉初始疲劳裂纹产生于钉杆靠近焊趾截面的剪力作用侧,以剪切裂纹扩展为主,当疲劳裂纹或腐蚀疲劳裂纹发展至约1/2栓钉直径后,栓钉在拉-剪组合应力作用下断裂;影响栓钉损伤发展速率的主要因素为荷载比、腐蚀速率及腐蚀-疲劳耦合作用;腐蚀-疲劳耦合作用下栓钉抗剪刚度退化速度大于疲劳单独作用下,抗剪刚度退化包括快速退化和缓慢退化2个阶段,前一阶段约占栓钉腐蚀疲劳寿命的20%。

隧道支护工字型钢与喷射混凝土粘结滑移性能研究

工字型钢与喷射混凝土的粘结滑移性能对隧道初期支护的协同变形,整体承载能力具有重要影响。该文进行了自然粘结和焊接栓钉两组对照的推出试验,观察试件的破坏特征,获取粘结滑移曲线。在此基础上分析试件的粘结滑移性能,通过函数建立了自然粘结和焊接栓钉试件的粘结滑移本构模型,并提出了特征值的计算公式。试验结果表明:自然粘结试件的破坏模式为纵向劈裂破坏,焊接栓钉试件为拉裂破坏,拉裂缝位置沿栓钉横向排列方向;试件的荷载-裂缝宽度曲线与平均粘结强度-滑移曲线变化规律基本一致,可分为四段:无滑移段、斜线上升段、曲线下降段和水平残余段;在型钢腹板增加栓钉连接件,能有效提高型钢喷射混凝土的特征粘结强度。试验曲线与本构模型曲线对比拟合较高,表明该文提出的本构模型具有较高的精度。研究结果对于隧道工字型钢与喷射混凝土支护结构破坏特征研究及设计提供理论支持。

论新中国史研究与“新中国学”

今年是中华人民共和国成立75周年。75年来特别是中共十八大以来,中国特色社会主义进入新时代,党领导人民全面建成小康社会,乘势开启实现第二个百年奋斗目标新征程。新中国的历史发展,是历史中国的延续和发展,中国式现代化由奠基、开创到深化和拓展,中华民族从站起来到富起来再到强起来,中华文明实现生命更新和现代转型。新中国的历史发展,不断孕育、生成和发展关于新中国的认识和研究,即“新中国学”。“新中国学”特指关于中华人民共和国之学,由此也推动中国学从“他塑”转向“自塑”,重心从研究中国传统历史文化转向探讨关于新中国的历史、社会和时代发展,以及新中国与世界的关系。“新中国学”是一个复杂的系统学科,是关于新中国的“百科全书”;作为世界中国学的重要组成部分,在向世界传播中国精神、中国价值、中国力量方面发挥着重要作用。加快构建“新中国学”的学科体系、学术体系和话语体系,推动引领世界中国学发展,是推进新中国史研究的学科建设要求,也是推动哲学社会科学讲好中国故事、传播好中国声音的时代要求。为此,我们与河北学刊杂志社共同策划了本组专题讨论,重点以《论新中国史研究与“新中国学”》《新中国史史料学的新境遇与新问题--兼论“新中国学”资料构建的发展性与实践性》为题作多方面探讨,以期引领和推动“新中国学”研究不断向纵深发展。

焊接栓钉型钢混凝土柱压-扭复合受力滞回性能试验研究

为研究焊接栓钉型钢混凝土(stud steel reinforced concrete, SSRC)柱的抗扭性能,提出了6种栓钉布置形式(翼缘、腹板、对称、交错、单双、X型),通过7根SSRC柱和1根型钢混凝土(steel reinforced concrete, SRC)柱的压扭低周反复试验,研究了SSRC柱在压扭复合受力作用下的受力性能。试验观察了SSRC柱在压扭复合受力状态下的破坏形态,揭示了其受扭破坏机理,对比分析了轴压比和栓钉布置形式对试件扭矩-扭转角滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、扭转耗能及延性性能的影响规律。结果表明:在压扭复合受力状态下,SSRC柱的扭矩-扭转角滞回曲线呈“S”形,扭转裂缝倾角介于45°~60°之间且随轴压比增大而增大;6种栓钉布置形式均可有效延缓SSRC柱的受扭开裂,腹板焊接栓钉后试件的抗扭承载力提高11.9%;增大轴压比可有效提高SSRC柱的初始抗扭刚度和耗能能力,但会降低其扭转变形能力;栓钉“对称”、“腹板”、“X型”布置时SSRC柱的扭转累积耗能分别提高约16.4%、11.8%、10.2%;综合对比各项指标发现,栓钉“对称”布置对型钢混凝土结构压扭性能的改性效果最佳。

组合桥面板切应力分布规律及横向剪力钉布置

根据组合桥面板截面的切应力、剪力流分布规律,在混凝土板和钢顶板完全连接的条件下,理论推导出混凝土板和钢顶板的剪力流承担比例,证明组合桥面板层间纵向剪力小于采用组合梁公式得到的计算值.层间完全连接和通过弹簧单元模拟剪力钉离散连接开展的有限元计算均支持这一观点,验证了组合桥面板截面的竖向剪力主要由腹板承担的观点的正确性.探究横向上剪力钉的布置方式.结果表明,组合桥面板应沿横向全宽布置剪力钉,在腹板两侧进行加密,腹板正上方不宜布设剪力钉.

栓钉型弧形双钢板混凝土组合板的抗爆性能试验与数值分析

弧形双钢板混凝土组合结构由钢板、混凝土与连接件协同作用,具有更优异的抗震和抗爆性能,被应用于超高层结构、海洋平台和核电设施中。利用试验和数值分析方法研究了栓钉型弧形双钢板混凝土组合结构的破坏模式和损伤机理,参数化分析了爆炸距离、钢板厚度、拱高和栓钉间距对其抗爆性能的影响。结果表明:在爆炸荷载下,栓钉型弧形双钢板混凝土组合板整体表现良好,仍具有较高的承载能力。增加爆炸距离和钢板厚度能有效减小混凝土的损伤和组合板的跨中挠度;减小拱高,混凝土损伤区域从以压缩破坏为主逐渐转换为以拉伸破坏为主,混凝土损伤更严重,组合板跨中挠度变大;减小栓钉间距会增大混凝土塑性损伤程度,但组合板的跨中挠度减小。研究结果可为弧形双钢板混凝土组合结构的设计提供参考。

钢-混组合结构群钉连接件的连杆效应试验研究

钢—混组合结构连接件中栓钉式群钉连接件存在单钉承载力折减及群钉中栓钉的剪力分布不均匀的情况,本文提出一种带连杆的群钉连接件,旨在通过在栓钉之间设置连杆使群钉中栓钉之间的剪力分布更加均匀,并提高构件的整体承载能力。利用推出试验结合有限元模拟,揭示了带连杆群钉连接件的作用机理,并通过参数分析给出群钉构件合理的连杆布置位置以及尺寸。研究结果表明:在构件达到极限承载力时,合理的设置连杆能够减少83.76%的栓钉底部剪力分布的不均匀程度,对构件承载能力的提升能达到8.56%。本文研究可为带连杆群钉连接件的结构优化提供一定的理论基础,推动新型连接件的发展。

组合梁栓钉对高性能混凝土约束收缩效应研究

为探究高性能混凝土在栓钉约束作用下的收缩特征及开裂行为,制作了钢-混凝土组合构件,通过试验研究了不同栓钉因素对高性能混凝土约束收缩应变、约束度及开裂风险的影响规律,运用正交试验方法研究了栓钉直径、间距、高度对高性能混凝土约束收缩的影响,得到了主要敏感因素。结果表明:高性能混凝土较普通混凝土的约束收缩应变发展趋势更为平滑;各栓钉因素对约束收缩的敏感性影响的主次顺序依次为直径、间距、高度;混凝土收缩在组合梁高度方向上呈现出一定的收缩梯度,混凝土约束收缩应变随高度增加而增大,但栓钉高度在30 mm处、间距在75 mm处、直径在150 mm处对高性能混凝土约束收缩几乎没有影响;栓钉对混凝土的约束作用可定义为3个阶段,即约束增强阶段、约束下降阶段和约束稳定阶段;组合梁构件最大开裂风险发生在栓钉的根部,当栓钉间距由150 mm减少到75 mm,直径由13 mm增加到22 mm时,最大开裂风险分别增加了20.03%和36.05%,栓钉高度的改变对最大开裂风险没有影响;采用高性能混凝土以及直径小、高度高的栓钉布置方式可以有效减小混凝土的收缩及开裂风险。

235/45R1898T镶钉雪地轿车子午线轮胎的设计

介绍235/45R1898T镶钉雪地轿车子午线轮胎的设计。结构设计:外直径664 mm,断面宽250 mm,行驶面宽度207 mm,行驶面弧度高8.5 mm,胎圈着合直径460.4 mm,胎圈着合宽度230 mm,断面水平轴位置(H1/H2)0.923,采用冬季轮胎胎面花纹,预设镶钉孔。施工设计:胎面采用胎面胶、基部胶和翼胶三复合挤出,带束层采用2层3×0.30HT钢丝帘线,冠带层采用930dtex/2改性锦纶帘布,胎体采用1层1670dtex/2高模量低收缩聚酯帘布,采用二次法成型机成型、B型液压硫化机硫化。成品性能测试结果表明,轮胎的充气外缘尺寸、强度、高速性能、耐久性能和脱圈阻力均达到相应的设计和国家标准要求,室外性能通过欧洲R117法规认证。

外包式柱脚传力机理及内力分布研究

为探究外包式柱脚的传力机理及内力分布状况,基于塑性损伤理论建立了外包式柱脚有限元仿真模型。通过模拟数据分析了钢柱在加载过程中各截面内力变化,研究了钢柱与外包层之间的相互作用机制及内力传递机理;对有、无栓钉外包式柱脚的内力分布进行了对比,研究了栓钉在内力传递过程中的作用及影响。研究结果表明,内力通过钢柱与外包层之间界面的接触应力及栓钉的作用力进行传递,在柱脚底部截面钢柱已将大部分内力传递给外包层;栓钉在内力传递过程中发挥了积极的作用,促进了钢柱将内力传递给外包层;布置栓钉有利于减轻钢柱底板下面混凝土的局部承压,改善锚栓的受力状况。

波形钢-UHPC组合桥面板中栓钉-PBL连接件抗剪性能数值模拟研究

针对波形顶板-超高性能混凝土(Ultra-high Performance Concrete,UHPC)新型组合桥面板结构,提出在波形钢板波峰处布置短栓钉,波谷处布置开孔板(Perfobond Leiste,PBL),形成栓钉-PBL组合连接件协同抗剪。为探究该组合连接件的抗剪力学性能,建立组合连接件推出试验及梁式试验的有限元模型,并基于现有试验对模型的正确性进行验证。在此基础上,讨论了栓钉直径、PBL孔径、栓钉抗拉强度和UHPC抗压强度等设计参数对组合连接件抗剪性能的影响规律。通过分析组合连接件在推出试验全过程中的剪力分配规律,揭示了波形顶板-UHPC组合结构中栓钉与PBL剪力连接件的协同工作机理及破坏机理,并基于此提出组合连接件的设计理论和抗剪承载力计算方法。研究结果表明:组合连接件受到的剪力由栓钉和PBL共同承担,增加短栓钉直径、PBL孔径和UHPC强度均可有效提高组合连接件抗剪承载力;栓钉与无贯穿钢筋的PBL连接件抗剪承载力相近时,后者在加载初期承担的荷载较大,并会早于栓钉发生破坏;二者抗剪承载力之比在1.5左右时,大致同时进入破坏阶段,组合效果最佳;提出的栓钉-PBL组合连接件抗剪承载力计算公式的计算结果与有限元及试验结果吻合度较高;抗剪连接程度相同时,采用组合连接件的桥面板受力性能最佳,钢板与UHPC层之间的相对滑移和间隙均最小。

超细水煤浆雾化燃烧技术

为推动构建新型能源体系,煤炭的清洁高效利用仍是我国能源战略的重点。水煤浆技术作为煤炭清洁高效利用的重要方向之一,具有多种优势。针对超细水煤浆雾化燃烧方式开展试验研究,验证了4种结构雾化喷枪,定量分析不同条件下喷枪出口喷雾的粒径变化规律,结果显示雾化粒径D_(50)的波动范围61.7~119.3μm,D_(90)波动范围为105.7~181.7μm。基于雾化特性结果优化完成了雾化喷枪结构设计,在燃烧试验台上进行了试验研究,从燃烧温度、火焰形态、烟气状态等方面对比了不同结构喷枪的实际燃烧性能,确定不同喷枪结构对燃料燃烧性能的影响,为后续工程设计及设备的选型提供技术依据。相关工作推动了超细水煤浆燃烧技术开发。

真实侵蚀路径下焊钉锈蚀过程及承载能力演化特性

通过6个焊钉连接件的氯盐侵蚀退化试验及推出试验,探究钢板组合梁焊钉连接件锈蚀后的静力性能。模拟桥面除冰盐环境下“环境―混凝土―钉头”氯盐侵蚀路径,试验完成后焊钉三维扫描重建结果表明,焊钉钉头部位锈蚀最严重,钉身部位锈蚀相对较轻。基于焊钉三维扫描重建的有限元模拟和试验结果揭示,在“环境―混凝土―钉头”侵蚀路径下,随着焊钉锈蚀程度的加深,连接件的承载性能、极限滑移和整体刚度均逐渐降低。根据试验结果拟合得到了考虑焊钉钉头和钉身锈蚀率的连接件抗剪承载力修正公式及连接件荷载-滑移曲线计算公式。从公式可以看出,相较于钉头部位,钉身部位的锈蚀更易引起连接件抗剪性能的降低。

矿山法隧道初期支护中栓钉型钢与喷射混凝土界面黏结滑移本构模型与试验研究

[目的]为探明矿山法隧道初期支护中栓钉型钢与喷射混凝土界面黏结滑移本构关系。[方法]以栓钉长度、直径和布置形式为变化参数,设置4组不同工况,进行腹板带栓钉的型钢-喷射混凝土短柱推出试验,分析其破坏模式、荷载-滑移特性和承载力等。[结果及结论]栓钉试件的破坏模式受栓钉数量和强度影响,分为拉裂破坏和胀裂破坏两类;典型的平均黏结强度-相对滑移曲线可分为无滑移段、曲线上升段、曲线下降段和水平残余段;室内试验证明栓钉直径和布置形式是影响承载能力的主要因素;根据受力机制建立带栓钉的型钢与喷射混凝土界面的黏结滑移本构模型,并经室内试验和数值模拟双重验证,表明提出的黏结滑移本构模型精度较高。研究结果可为矿山法隧道型钢与喷射混凝土支护结构设计提供理论支持。

基于PLC的螺柱焊自动化装配控制系统设计

在螺柱焊装配过程中,仅靠工人手动旋拧会导致装配效率低下、出错率高,以及难以保持按预设扭矩进行装配等问题。为此,以西门子S7-1200 PLC为核心,结合振动盘、滑台模组、传感器、气动元器件以及旋拧枪等外围设备开发一个螺柱焊自动化装配系统。在该系统中,PLC通过传感器检测零件是否就位,以控制振动盘的启停,从而实现螺柱和底座的有序上料。通过控制步进电机、气动夹手和气缸,完成零件的夹取和装配流程。通过Modbus TCP通信控制旋拧枪,实现螺柱和底座按预设扭矩的稳定装配。这种方法确保了螺柱焊部件在车体焊接过程中的高稳定性,提高了螺柱焊的装配效率,节省了大量人力并优化了质量。

双头螺柱脱扣失效原因分析及装配工艺优化

针对目前某型航空发动机中介机匣单元体上双头螺柱松动脱扣问题,从安装强度、外加载荷、制造缺陷等方面进行全面的故障原因分析和排查,得出主要原因为自锁螺母分解力矩大于相配双头螺柱的安装力矩;其次流道高温、机体振动都将进一步加剧双头螺柱的疲劳失效,并在此基础上提出基于温差及振动组合方式的双头螺柱装配工艺方法,即首先对螺柱进行加热处理,然后在拧紧过程中对螺柱添加轴向高频振动。通过对比试验及应用验证,双头螺柱的平均脱扣失效故障率从21.6%降低至3.2%,证明上述工艺方法能有效提高双头螺柱装配质量,在不破坏螺纹牙配合质量的情况下增加双头螺柱的安装强度及稳定性,从而大幅度减小双头螺柱脱扣失效情况的出现,保证了航空发动机试验及飞行过程中的安全性和可靠性。