波形钢腹板梁T形接头焊接仿真分析与试验研究

为了解决波形钢腹板梁焊接温度场和残余应力分布尚不明确的问题,本文基于Simufact Welding软件建立三维有限元模型,对其T形接头的焊接温度场和残余应力进行了预测,并对模拟结果进行了试验验证。波形钢腹板梁的焊接温度场分布与熔池中心距离有关,距离熔池中心越近,温度梯度越大;焊接残余应力以纵向残余拉应力为主,而横向残余应力的应力水平相对较低,拉压应力共存;焊接速度和底板厚度的改变只会影响残余应力的峰值大小,不会影响残余应力的分布规律。结果表明:数值模拟结果和试验实测值吻合良好,数值模拟可靠。

铝合金T型接头激光+GMAW复合焊残余应力数值分析

目的研究激光+GMAW复合焊中不同激光功率参数对铝合金T型接头残余应力的影响,从而提高焊接性能。方法分别考虑了热弹塑性理论、传热学以及T型接头几何特性,建立了铝合金T型接头激光+电弧复合焊残余应力的数值分析模型。采用双椭球体热源模型表征电弧热输入与熔滴晗,采用锥体热源模型对激光深熔焊进行描述。基于所建立的T型接头模型,使用ANSYS有限元软件对12 mm厚铝合金激光+GMAW焊T型接头残余应力进行模拟计算,并研究其分布特征;使用X射线衍射法对T型接头处的残余应力进行测量从而对所建模型的准确性进行验证。同时,对比了不同激光功率下铝合金T型接头对残余应力的影响规律。结果当激光功率分别为2、3、4、5 kW时,铝合金T型接头路径L3上的纵向残余应力最大值分别为270、263、258、251 MPa,米塞斯-等效应力最大值分别为265、261、257、250 MPa。结论后焊的焊缝A对焊缝B有明显的热处理作用,使应力明显降低;在T型接头焊缝及近缝区,横向残余应力和厚度方向残余应力峰值均比纵向残余应力峰值小,且随着激光功率的增大,焊缝及近缝区拉应力峰值不断减小。

T型接头旋转激光+GMAW复合焊熔池动态行为数值分析模型

目的研究T型接头旋转光纤激光+GMAW复合焊熔池的温度场和流态特征,揭示气孔缺陷的产生及抑制机理。方法依据光学、电磁学、传热学及流体动力学机理,建立T型接头旋转光纤激光+GMAW复合焊熔池数值分析模型。使用Fluent软件对旋转频率分别为50 Hz和100 Hz的T型接头旋转激光+GMAW复合焊进行温度场以及流态特征的模拟,对比不同频率下T型接头横、纵截面,从工艺和焊缝成形角度出发,针对不同频率对熔池、小孔成形以及气孔抑制的影响进行讨论。结果当旋转频率为50 Hz时,纵截面内小孔最大深度为5.4 mm,横截面熔池内小孔开口直径相对较大,旋转一周后,小孔远离气泡,气泡无法逸出,形成气孔;当旋转频率为100 Hz时,纵截面内小孔深度显著降低,熔池体积明显减小,横截面内小孔最大开口直径和深度均降低,熔池尺寸也有所减小,在时间为0.097 s时,小孔上方区域出现的顺时针涡流不仅能抑制气孔,还能改善熔池的下垂以及立板焊趾处的咬边。结论随着旋转频率的增大,小孔的最大开口直径和深度均降低,还对熔池具有搅拌作用,使熔池体积变小。

不锈钢复合钢材焊接方管T形管节点试验研究

不锈钢复合钢材是一种成本低、强度高、耐腐蚀性能优异的高性能钢材,其在对耐腐蚀要求高的工程结构应用中尤其具有竞争力。该文旨在通过试验,研究不锈钢复合钢材焊接方管T形节点在静力和低周往复荷载作用下的力学性能,设计、制作了4个管节点试件并完成了加载,基于试验结果重点研究了各管节点试件的试验过程、破坏模式、荷载-位移响应和应变发展等;按中国规范GB 50017和欧洲规范EN 1993-1-8进行了节点承载力计算,并与试验值进行了对比。研究结果表明,对于支管承受轴向压力的管节点试件,以主管上表面塑性破坏为主;对于支管承受水平低周往复荷载的管节点试件,以主管上表面塑性变形和主管与支管之间连接焊缝断裂破坏为主;当管节点破坏模式符合现行规范GB 50017和EN 1993-1-8中规定时,相关承载力计算公式仍适用于此类不锈钢复合钢材焊接方管T形管节点的设计计算。

Ti55钛合金双激光焊接T型接头组织与力学性能研究

对1.5⊥1.5 mm的Ti55钛合金T型接头进行了双激光焊接试验,观察了接头的宏观形貌,分析了接头不同区域的组织结构,以及接头的高温拉伸性能和常温剪切性能。结果表明:Ti55钛合金T型接头焊缝表面成形较好,横截面没有焊接缺陷。从接头母材区域到熔合区,接头的晶粒尺寸逐渐增大,β相含量逐渐减少,α与α'相含量逐渐增多。随着拉伸温度的升高,T型接头的抗拉强度逐渐降低,而伸长率逐渐升高。接头去除立筋后的剪切性能比母材高3.3%。

高温后铝合金T型连接梁柱节点滞回性能试验研究

为研究高温后铝合金T型连接梁柱节点滞回性能,以温度值、恒温时间为变化参数,设计了4个T型节点试件进行了高温后低周往复加载试验。通过试验观测了T型节点试件的破坏过程,同时获取了试件升温曲线、滞回曲线、骨架曲线、延性指标、承载力及刚度退化曲线等,并由此分析了节点破坏机理、承载能力以及抗震性能。试验结果表明:受到低周往复荷载作用后试件的破坏模式均表现为节点板的弯剪破坏,滞回曲线不饱满;高温后试件极限承载力随着恒温时间的增加而减少;与常温下的铝合金T型节点试件相比,经历高温后的试件刚度退化幅度及延性增加;螺栓滑移可增加试件耗能,但摩擦力在滑移阶段初期对常温试件产生不利影响。

环口板加强带脱空缺陷的钢管混凝土T型节点滞回性能试验研究

为研究环口板加强带脱空缺陷的钢管混凝土T型节点的抗震性能,完成了12根节点试件在主管受恒定轴拉力与支管受轴向往复荷载作用下的滞回试验,基于试件破坏模式、荷载-位移滞回关系和应变发展考察了采用环口板加强带脱空缺陷T型节点试件的效果,并对比分析支主管直径比和主管径厚比对试件加强效果的影响。试验结果表明:采用环口板加强T型节点有效抑制了脱空缺陷导致的主管塑性变形,并实现带缺陷T型节点承载力、刚度、延性和耗能能力的完全恢复,甚至优于相应的无脱空试件,其中加强试件的承载力较带脱空缺陷试件提升12.6%以上,较无脱空试件提升6.5%以上,表明经合理设计的环口板加强措施能够弥补脱空缺陷对节点抗震性能的不利影响。

TC4钛合金T形接头双光束激光焊接组织与力学性能研究

开展了1.5 mm⊥2 mm组合的TC4钛合金T形接头双光束激光焊接工艺试验,旨在研究该T形接头的微观组织与力学性能。结果显示,T形接头焊缝区主要为网篮状组织,在上部热影响区的交叉区为少量的针状α'相以及初生α相,下部热影响区交叉区为α相等轴组织。接头力学性能显示,抗拉强度与母材相当,平均弯曲角度为33.1°。完成了典型件的焊接,接头内部没有裂纹与气孔等缺陷,为轻量化构件制造提供了有效的焊接工艺。

电弧增材制造T形件连接节点力学性能研究

电弧增材制造(WAAM)技术在结构工程领域有着广泛的应用前景,具有生产效率高、设备成本低、材料利用率高和环境可持续性等优点。为了探究WAAM碳钢T形件连接节点的力学性能,设计一系列共12组由WAAM碳钢T形件、高强钢(HSS)T形件和高强螺栓组成的连接节点试件,通过试验研究螺栓线位置与螺栓排列方式对试件初始刚度、破坏模式及极限承载力的影响。采用三维激光扫描技术测量WAAM碳钢T形件相关几何参数,采用数字图像相关技术(DIC)辅助测量了T形件连接节点在加载过程中的位移响应。结果表明:WAAM碳钢T形件具有较好的力学性能,当螺栓线与腹板翼缘连接处距离减小时,试件的初始刚度与极限承载力均呈上升趋势,而失效模式均为预期的翼缘破坏,且螺栓未发生断裂。通过对比试验结果和现有设计规程计算结果,对相关计算方法的适用性与准确性进行评估,发现现有设计方法高估了试件的初始刚度,对破坏模式的预测较为准确,但对极限承载力的预测偏保守。最后,对已有计算模型进行修正,修正后的计算模型对连接节点极限承载力的预测效果较好。

某电厂低压加热器管板与壳体T型焊接接头开裂失效分析

某电厂低压加热器服役5年后,管板和壳体的T型焊缝部位发生严重开裂;通过宏观检查、断口形貌分析、金相组织分析、能谱分析(EDS)、化学成分分析和硬度检测等检验检测,对焊缝开裂原因进行了分析。分析表明:由于焊接热影响区(HAZ)存在对碱应力腐蚀开裂敏感的淬硬马氏体组织,且焊接接头未进行消应力热处理,在碱性环境中,管板焊接热影响区发生了碱脆,支裂纹在焊缝中扩展穿透造成设备失效。对T型焊接接头失效的原因进行分析,对类似场合换热器设计、制造和使用具有借鉴意义。

焊接顺序对T型接头焊接的影响分析

为减小T型接头的焊接残余应力和变形情况,以热-弹塑性理论为基础,利用ANSYS有限元软件对T型接头的焊接过程进行数值模拟,分析不同焊接顺序对温度场和应力场的影响,并对不同焊接路径上的应力和变形情况进行比较。结果表明:相较同向焊接,异向焊接在L1和L2这这两个路径上产生的应力分别减小15%和27%。不同的焊接顺序对变形影响各异,异向焊接对翼板角变形影响较小,同向焊接对腹板横向变形影响较小。研究成果可为T型接头焊接方案设计提供一定参考。

钛合金薄壁T形接头激光焊接力学性能研究

开展了厚度为1.5mm立筋与厚度为2mm底板的TC4钛合金T形接头的激光焊接工艺试验,对接头的力学性能进行了测试,观察了接头的组织形貌。结果显示:带立筋接头的抗拉强度、屈服强度及伸长率均与母材相当,而去除立筋后的正常区的抗拉强度与屈服强度最高,起弧区的抗拉强度与屈服强度最低,但去除立筋后收弧区的断后伸长率最高、起弧区最低,接头的剪切性能比母材提高了3.4%,持久测试试样没有发生断裂。接头焊缝区组织由大的柱状晶组成,主要由α相、α’相与β相组成,随着距焊缝中心距离的增加,接头组织晶粒尺寸降低,且α’相的尺寸也降低。

海洋石油工程固定式导管架平台T/K/Y节点马鞍口建模

海洋石油工程固定式导管架是海上油气资源开采的重要设施,是由钢管相贯焊接形成的空间桁架结构。导管架的主要焊接结构是T/K/Y节点,T/K/Y节点中存在大量的马鞍口结构。目前,对马鞍口的加工及焊接主要以二维图样贴片为主,尚无软件可实现管节点马鞍口的参数化三维建模。在分析马鞍口相贯线机理的基础上,建立马鞍口相贯线的数学模型,并基于此利用Unity3D编写了绘制马鞍口相贯线的通用软件,实现了马鞍口的参数化三维建模,有效解决了实际生产中T/K/Y节点马鞍口难以建模的问题,为管节点马鞍口的加工及智能焊接提供精确的模型。

Q345E钢激光-电弧复合焊T形接头疲劳性能

为探究激光-电弧复合焊接技术在转向架结构中应用的可能性,以20 mm厚的Q345E钢T形接头为研究对象,开展了激光-电弧复合焊接试验,并采用单点法和升降法进行疲劳性能测试.结果表明,当指定循环次数为5×10^(6)时,复合焊接头的中值疲劳强度为148.3 MPa,循环2×10^(6)时的条件疲劳强度为181.5 MPa,比相应的电弧焊接头提高39.6%,且焊接组织更细小,提高了裂纹萌生过程中所需的疲劳循环次数.疲劳裂纹形貌特征表明,T形接头的疲劳裂纹起源于封底焊缝焊趾处,瞬断区为韧性断裂模式,复合焊接头疲劳性能提高的原因在于其封底焊缝焊趾处具有较小的应力集中系数,且焊缝微观组织由更为细小的晶内铁素体组成,能够有效避免疲劳裂纹过早萌生,并阻碍疲劳裂纹扩展.

带球冠形脱空缺陷的圆钢管混凝土T型相贯节点的滞回性能研究

为研究球冠形脱空缺陷对圆钢管混凝土T型相贯节点抗震性能的影响,以脱空率、支主管直径比和主管径厚比为主要试验参数,完成了18个圆钢管混凝土T型节点试件在主管承受恒定轴向拉力和支管承受往复轴向荷载作用下的滞回性能试验,考察了球冠形脱空缺陷对其失效模式、滞回曲线、骨架曲线、承载力、刚度和耗能的影响规律。建立了有限元分析模型,分析了球冠形脱空缺陷对主管钢管与核心混凝土之间接触应力发展的影响规律,开展了脱空率、支主管直径比、主管径厚比、混凝土强度、钢材强度和轴拉比等参数对节点受拉承载力影响的参数分析。结果表明:球冠形脱空缺陷的存在会改变节点的失效模式,导致节点的承载力、刚度和耗能能力均有不同程度的降低,并削弱主管钢管与混凝土之间的相互作用,影响节点的荷载传递机制。最后,提出了考虑球冠形脱空缺陷影响的圆钢管混凝土T型节点受拉承载力折减公式。

T形圆钢管节点受弯抗震性能试验研究

为了研究T形圆钢管节点受弯抗震性能,进行了支主管直径比不同的2个节点受循环往复弯矩作用下的试验研究。试验结果表明:节点主要耗能方式为主管管壁的塑性变形和裂纹扩散,在试验后期还有一部分耗能来自支管根部管壁的塑性变形;最终破坏模式为节点域主管管壁延性撕裂破坏;节点的荷载—相对位移滞回曲线饱满,开裂后节点承载力逐渐下降,裂纹延性扩散,表现出良好的抗震耗能能力。试验所得的极限承载力比规范计算值高了20%~33%。对比2个节点的试验数据及结果,发现支主管直径比较大节点的延性和耗能能力均比支主管直径比中等节点的更好。

TC4钛合金T型接头双面双弧MIG焊接特性研究

对30 mm厚TC4面板和15 mm厚TC4腹板构成的T型角焊缝采用双面双弧MIG方法进行焊接,采用高速摄影对熔滴过渡形态进行了观测,采用数值模拟方法对比了单侧焊接和双面双弧焊接的温度分布,并对双面双弧焊接的焊缝成形进行了观测,对焊接接头组织进行了分析,并对接头显微硬度和拉伸性能进行了测试。结果表明:采用双面双弧MIG焊接可以获得成形良好内部无缺陷的焊接接头。焊接熔滴过渡形式为连续的滴状过渡,过渡过程稳定均匀。双侧焊接时,两侧温度场对称分布。接头冶金结合良好,焊缝组织为粗大的柱状晶,晶粒内部为长针状α'、层片状α和块状α相。面板侧热影响区为残余初生α、层片状α和残余β相。腹板侧热影响区为针状α、层片状α和残余β相。腹板和面板侧热影响区的显微硬度均高于母材。焊接接头抗拉强度达到969 MPa以上,断裂位置位于母材。

不同处理工艺对自粘聚合物改性沥青防水卷材T型搭接缝不透水性的影响

考察了不同类型自粘聚合物改性沥青防水卷材搭接缝、T型搭接缝的不透水性,探讨了沥青防水涂料处理工艺、抹角处理工艺和双面自粘防水卷材处理工艺对T型搭接缝不透水性的影响。结果表明,自粘防水卷材的搭接缝不透水性均满足GB 55030—2022的要求;未处理的T型搭接缝在常温环境不透水性不合格;抹角处理后T型搭接缝的不透水性均满足GB 55030—2022的要求,无胎类自粘防水卷材建议优先采用沥青防水涂料处理T型搭接缝,不推荐双面自粘防水卷材处理工艺。

一种电缆T接头耐压检测安全连接装置的仿真与设计

针对电缆耐压试验过程中因试验电压接近或超过电缆附件材料电气和机械参数耐压值,从而引起附件及电缆本体沿面泄漏爬电,继而引发出其他缺陷隐患,导致无法按试验规程规定实施,严重时将损毁试验及被试验设备等问题。根据电缆附件的相关参数,以及规程要求的最高试验电压和时间,通过装置耐受绝缘及其场强的仿真计算,初步确定安全连接装置与电缆附件绝缘过渡配合方式及电气参数,设计了一种电缆T接头(含肘形头)耐压检测安全连接装置。最后进行了试验验证,结果表明,该安全连接装置可以有效且安全地实现电缆的耐压试验。

基于T-S模糊建模的气动肌肉拮抗关节预测角度控制

目的:为了提升气动肌肉拮抗关节的控制精度。方法:提出了一种用于气动肌肉拮抗关节角度跟踪的T-S模糊模型预测控制方法。建立了拮抗关节的T-S模糊模型,并对模型进行了离散化处理;基于离散后的T-S模糊模型,设计了拮抗关节的模型预测控制器,通过特征值法验证了系统的稳定性。结果:仿真实验表明,T-S模糊模型预测控制器跟踪±15°和±10°的角度时,相对于传统模型预测控制,平均绝对误差分别降低了29.05%和44.11%。结论:设计的T-S模糊模型预测控制器提高了气动肌肉拮抗关节的控制精度。