基于局部均匀化多尺度方法的机织复合材料单轴拉伸力学行为研究

机织碳纤维增强树脂基复合材料在厚度方向存在纤维的相互交织,拥有较复杂的纤维空间结构,因此具有优异的比刚度和比强度。本文建立了平纹机织复合材料的“微观-介观-宏观”的多尺度有限元渐进损伤模型,并对介观模型中的各成分进行具有等效性能的局部均匀化简化。基于微观力学失效理论判断纤维/基体损伤起始,通过ABAQUS有限元分析平台,开发用户自定义的子程序VUMAT,对平纹机织复合材料进行拉伸力学行为和损伤机理分析。结果表明:在拉伸载荷模拟中纤维束树脂损伤最为严重,纤维失效发生在经向纤维束中,且外层损伤相较于内层更加严重。试验和数值分析的结果误差均在2%以内,表明多尺度渐进损伤模型的可靠性。

ITER装置环向场线圈盒焊接变形调控数值模拟研究

目的对国际热核聚变装置中环向场线圈盒AU1段的焊接过程进行有限元数值模拟分析,探究焊接坡口类型和焊接工装对侧板焊接角变形的影响。方法基于ABAQUS有限元计算平台,建立等截面尺寸简化的线圈盒AU1模拟件的有限元模型,通过二次开发移动单元体热源模型实现多层多道焊接模拟。在AU1模拟件的基础上设计对称和非对称的2种焊接坡口,并分析2种坡口结构侧板角变形的大小和规律。通过将防角变形工装抽象为边界条件,实现了该工装的功能,研究了防角变形工装调控焊接角变形的效果。结果非对称坡口和对称坡口结构产生的侧板角变形规律基本相同,但前者的最终角变形为22.5 mm,大于后者的18.1 mm;在AU1结构焊接过程中,当焊接至约76 mm厚度时,角变形先是变化较快,而后逐渐趋于稳定;在焊接至约76mm厚度之前对焊接工装进行调整,可使焊接厚度为280mm时的侧板角变形由同期的22.7 mm降低至4.0 mm。结论移动单元体热源模型很好地平衡了计算效率与准确性,使用对称坡口可以获得更小的角变形,对防角变形工装进行及时调整可以大幅度减小侧板的角变形。

汽车用钢板电阻点焊工艺参数优化选择方法

针对电阻点焊过程非线性、多变量耦合和存在随机不确定因素的特点,提出了用正交实验法优选汽车用钢板电阻点焊工艺参数,用较少的实验次数得到尽可能多的实验结果。通过分析各因素对电阻点焊质量的影响,可以方便地得到汽车用钢板电阻点焊的最佳工艺参数。

FRP补强疲劳损伤钢结构裂纹扩展研究

钢结构在服役过程中,因超载、疲劳等原因会引起损伤累积,极大地影响了结构的安全使用。对纤维增强复合材料(FRP)补强钢结构张开型裂纹疲劳扩展进行了实验研究。比较了不同的钢结构表面处理方式对FRP与钢结构粘接接头剪切强度的影响,根据剪切强度选择最佳表面处理工艺。对FRP补强后钢结构试样进行疲劳实验,与未补强试样的结果加以对比。结果表明,用FRP增强后钢结构FRP增强区疲劳裂纹扩展速率得到抑制、疲劳循环次数得到了提高。

TIG焊接温度场的有限元分析

建立了运动电弧作用下三维焊接温度场的计算机数值分析模型，分析中引入了热焓的概念和表面双椭圆分布热源模型，研制了相应的程序，具有较高的计算精度。用该模型对ＴＩＧ焊接温度场进行了分析计算，得出了ＴＩＧ焊接熔池的形状、尺寸和热影响区的温度分布。计算结果与试验结果吻合较好。

有限元分析中体元和壳元的连接

对三维体壳组合结构进行了深入的研究，提出了新的合理假设，并以该假设为基础，就三维２０ 节点等参元与退化壳元的连接建立了一组新的多点约束方程，考虑了壳元节点的法向变形，实现了体壳的良好连接．这是一种增扩自由度法，消除了常规方法产生的不合理附加应力，从理论上完善了有限元分析中的体壳连接问题，具有极大的工程意义．此外，还描述了单元的特性，并给出了算例分析．

细丝二氧化碳焊接焊炬高度自动控制系统的研究

设计了一种以MCS - 80 51单片机为核心的焊炬高度自动控制系统 .该系统以焊接电弧为传感器检测焊炬高度 ,用MCS - 80 51单片机为主控元件进行实时控制 ,由BF - 75型步进电机及其相应的驱动电路实现焊炬高度的调节 ,实现了空间复杂曲面或曲线气体保护金属极电弧焊(GMAW )焊炬高度的闭环控制 .

玻璃纤维增强树脂基复合材料弯曲强度时间温度相关性

研究了玻璃纤维增强树脂基复合材料(GFRP)层合板弯曲强度高温加速试验的时间温度相关性。在不同的温度和加载速率下进行了三点弯曲试验。通过弯曲强度控制曲线的时间温度移动因子曲线分析了GFRP层合板的弯曲强度时间温度相关性。探讨了低温短时和高温长时的失效机理。通过玻璃纤维拉伸延迟断裂试验,对GFRP层合板的低温短时弯曲强度的时间温度相关性进行了修正。修正后的弯曲强度控制曲线的时间温度移动因子曲线与基体树脂动态杨氏模量的时间温度移动因子曲线非常吻合,表明GFRP层合板的弯曲强度取决于基体树脂的粘弹性性能。

厚壁压力容器接管的三维有限元分析

对厚壁压力容器的应力分布进行了三维有限元分析，研究了不同焊接结构型式对接头应力分布的影响，比较了不同结构型式接头的承载能力。研究中，利用映射和ＡｕｔｏＬｉｓｐ 编程的方法实现了三维网格的自动剖分。该研究对压力容器生产中焊接结构型式的选取有指导意义。

TIG焊接温度场的有限元分析

本文建立了运动电弧作用下三维焊接温度场的计算机数值分析模型，分析中引入了热焓的概念和表面双椭圆分布热源模型，研制了相应的程序，具有较高的计算精度。用该模型对ＴＩＧ焊接温度场进行了分析计算，得出了ＴＩＧ焊接熔池的形状、尺寸和热影响区的温度分布。计算结果与实验结果吻合较好。

钛合金厚板焊接接头残余应力测试

采用局部逐层对称剥削材料盲孔法对51 mm厚钛合金Ti80板焊接接头残余应力进行了测试,并系统研究了其三维残余应力分布特征。结果表明,局部逐层剥削材料盲孔法能有效测量大厚度焊接件焊接接头的内部残余应力,并能准确反映大梯度变化应力状态。钛合金焊接接头,沿垂直焊缝方向在距焊缝中心-10～10 mm范围内,具有较高拉应力,应力值集中在500 MPa左右,且拉应力峰值出现在上表面距离焊缝中心10 mm位置;沿厚度方向距焊缝中心-10～10 mm范围内,为拉应力,表层应力普遍大于内部应力。在远离焊缝位置沿厚度方向为压应力,应力值为200～680 MPa,且峰值出现在距离上表面5 mm和焊缝中心20 mm位置处。

三维复杂焊接结构有限元分析前处理

针对有限元分析前处理中 ,三维复杂结构的单元网格较难生成的问题 ,采用 TurboC2 .0和 AUTOL ISP语言联合编程 ,利用等参数单元映射原理对复杂结构进行建模和网格剖分 ,并通过一个具体焊接结构的应用 。

焊接热循环和拘束应变对EH36MOD钢粗晶区相变的影响

藉助于热模拟技术、光学金相和透射电子显微镜探讨了焊接热循环和拘束应变对ＥＨ３６ＭＯＤ钢粗晶区相变行为影响的基本规律。试验结果表明：ｔ８／５＝６ｓ时，焊接粗晶区发生下贝氏体和马氏体相变；ｔ８／５＝５０ｓ时，则以铁素体的析出和上贝氏体的相变为主。拘束应变可提高焊接粗晶区的相变温度，促进相应相变的发生，同时还细化奥氏体晶粒，使粗晶区组织发生相对变化。适当控制焊接热循环和拘束应变。

焊接扭转变形分析方法研究

大型薄壁梁在焊接拼装过程中常常会出现扭转变形。本文采用二种不同的数值方法对焊接扭转变形的动态过程进行了分析，比较全面系统地论述了研究的方法，阐述了扭转变形的形成机制。

大型焊接齿轮计算机辅助设计

在分析焊接齿轮资料和实物的基础上,实现了用计算机对大型焊接齿轮的结构型式、尺寸、焊缝进行辅助设计.程序采用Fortran语言编制.全部程序经过算例考核,设计结果令人满意.

焊接扭转变形的试验研究

通过对扭转变形的动态观测，研究了焊接扭转变形的机理，为进一步搞清构件形式、工艺参数对焊接扭转变形的影响提供了依据。

焊缝线膨胀系数匹配对焊接残余应力的影响规律

采用热弹塑性有限元法对焊缝与母材线膨胀系数匹配对焊接过程中的动态应力以及残余应力的影响规律进行研究。在相同焊接热源模型和热输入量作用下的计算结果表明，焊缝与母材等胀匹配时，焊缝中心的纵向残余应力σx为拉应力。其值随母材屈服强度变化。较低时，焊缝中心σx能达到；而较高时，焊缝中心σx明显低于。当焊缝与母材低胀匹配时（αw＜αP），焊缝中心σx值低于，且随αw的减小而减小，并有可能由残余拉应力转变为压应力；而当焊缝与母材高胀匹配时（αw＞αP），焊缝中心σx值还与焊缝应变硬化指标Hw'有关，Hw'较低时，焊缝中心σx值在达到后不再升高，Hw'较高时，焊缝中心σx值可超过。

碳钢焊缝组织石墨化显微图像的自动测量

针对压力锅炉、中温中压机组主蒸汽管道碳钢部件焊缝处金相组织石墨化程度的检测问题,将数字图像处理和模式识别技术运用于显微金相组织测量之中,选择适合的算法,通过用VisualBasic.Net编程,建立了一套对石墨进行形状表征和粒度测量的图像检测系统.系统利用扫描仪将金相照片转换为可进行图像分析的格式,或用CCD摄像机经光学显微镜获取数字化金相图像;针对石墨化部位原始图片灰度区间窄的特征,预处理着重进行全域线性灰度变换,使图像清晰,突出石墨组织;采用基于二维直方图Fisher线形分割的图像分割方法选取二值化阈值,能够更好地分开不同的聚类,且计算量小;图像识别采用边缘检测区域的办法,可提取出要检测的粗大呈黑色的石墨组织.该系统实现了对碳钢石墨化组织中石墨的定量化测量,对石墨各项指标的测量值为精确的数字结果,且检测速度快(不超过5min),效率高.实测结果表明,自动检测系统与金相分析法的分析结果完全吻合.

CO_(2)短路过渡焊电压和电流最优匹配的智能控制

研制了一种以 80C196KC数字单片机为核心器件 ,通过软件方式实现CO2 短路过渡焊电压与电流自动形成最优匹配的智能控制系统 .系统通过PID(P为比例 ,I为微分 ,D为积分 )参数自适应模糊控制器 ,可维持所选定电流不变 .同时 ,系统采用优选法 ( 0 .618法 )和变步长法相结合的分段寻优控制器 ,实现以最高短路过渡频率为目标的电弧电压自寻优 .实验证明 :当焊接电流在 110～ 2 2 0A范围内时 ,经智能系统控制后的CO2 焊短路过渡频率较控制前要高 ;寻优后的电弧电压与稳定后的电流形成最优匹配 ,达到了稳定熔滴过渡过程、减少飞溅、改善成形的目的 .

异种金属电容储能焊规范参数优化及接头连接机理分析

以小截面低碳钢—紫铜焊接对偶为例 ,利用正交实验方法研究了电容储能焊规范参数对接头质量的影响规律 ,为规范参数的合理选择提供了科学依据。同时对低碳钢—奥氏体不锈钢、低碳钢—紫铜、镍—钨三种对接接头的连接机理进行了分析 ,为进一步扩大这一焊接方法的应用奠定了良好基础。