RPC应力-应变曲线系数与塑性损伤因子无量纲化计算模型研究

为了方便活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete,RPC)等效矩形应力图系数与塑性损伤因子的计算与取值,对RPC应力-应变曲线系数与塑性损伤因子的计算模型进行了理论研究。通过对现有的计算方法进行无量纲化转化,推导了决定计算模型的四个原函数条件;对一个实际的应力-应变关系进行了计算,将得到的结果进行了分析;并对受弯矩形梁非极限状态下截面内力和力矩的推定计算进行了演示。针对应力-应变关系式含有非整次有理分式的情况提出了曲线拟合方法;研究了拟合次数、拟合区间和拟合函数类型对拟合精度与稳定性的影响。比较了4种典型的RPC本构模型在同种材料下的应力-应变曲线系数与损伤因子取值模型曲线,结果显示:拟合曲线得到的取值模型与其他原始曲线得到的取值模型在曲线上具有较高的相似度,证明了曲线拟合方法的准确可靠性;最后给出了一种RPC受压应力-应变曲线系数与塑性损伤因子无量纲化取值模型。

单调与循环载荷下多晶纯铜局部取向差演化数值模拟

为了揭示不同载荷下局部取向差的演化规律及其与变形损伤的关系,选取多晶纯铜为研究对象,基于DAMASK晶体塑性有限元的开源软件及Python脚本代码编写软件,研究了多晶纯铜在单调拉伸与循环载荷下的晶粒内取向差(KAM)、晶粒参考取向偏差(GROD)与等效塑性应变的演化规律,并采用取向差频率分布与相关系数评估了KAM与GROD表征变形损伤的优劣。结果表明:单调拉伸与循环载荷下KAM、GROD与等效塑性应变峰值区域分布一致,高取向差和高塑性区域首先出现在晶界或者三叉晶界附近,且取向差与宏观等效塑性应变呈线性正相关。单调拉伸和循环加载下GROD的频谱相似,而KAM的频谱对载荷敏感且相关系数更高,能更好地表征变形损伤。

Al/Ti异质合金回填式搅拌摩擦点焊数值模拟

采用耦合的欧拉-拉格朗日(CEL)算法对2 mm厚的5A02铝合金/TC4钛合金板异质金属回填式搅拌摩擦点焊过程展开模拟研究,分析了旋转速度和停留时间对焊点成型过程中温度场、等效塑性应变场以及材料流动的影响。结果表明,在扎入初期,热累积作用明显,升温速率相对较快,随焊接过程进行,产热会由摩擦产热转变为摩擦和塑性变形共同产热,升温速率放缓。当搅拌头转速为2000 r/min、扎入速度为1 mm/s、扎入深度为1.9 mm、回填速度为1mm/s、停留时间为0 s时,铝合金焊核区温度峰值达到558℃,等效塑性应变峰值达到120。在模拟的工艺区间内,焊核区峰值温度与旋转速度呈正相关,停留时间对温度的影响并不明显。

2205/Q420/2205蛇形轧制复合变形规律研究

为研究三层不锈钢复合板在不同工艺参数下轧制复合的变形规律,采用ANSYS有限元软件模拟了2205/Q420/2205三层复合板轧制复合过程,研究了同步轧制、同速异径轧制和同速异径蛇形轧制三种不同工艺下,复合板结合界面等效塑性应变和弯曲曲率的变化规律,分析了不同压下率、初始厚度比和错位量对轧后板形的影响规律,并进行了轧制复合实验。研究结果表明,蛇形轧制通过调整错位量,能有效提高轧后板材界面结合强度并降低轧后弯曲。轧后弯曲曲率随着压下率的增大呈现出先减小后增大的趋势。等效塑性应变随着错位量的增加先增大后减小,轧后弯曲曲率随着错位量的增加逐渐降低,这表明通过适当调整错位量可以使轧后板材同时达到优良的结合强度和平直度。

海上风电单柱复合筒型基础复合加载条件下的承载特性

为研究新型海上风电单柱复合筒型基础在二维复合加载条件下的承载特性,利用有限元模型计算,首先得到模型在一维荷载空间下的极限承载力,随后通过施加不同的竖向荷载,得到在V-H、V-M、V-H-M荷载空间下的承载能力包络图,并分析不同二维荷载工况下的单柱复合筒型基础各位置处的土压力分布情况以及筒体底部等效塑性应变区的变化情况。结果表明:对于单柱复合筒型基础,在一定范围内,竖向荷载(0~0.15倍竖向极限承载力)的存在能够增大结构的水平及弯矩承载力;在V-H与V-M荷载空间中,基础各位置处的土压力变化、土体等效塑性应变变化具有一定的相似性,可互相对映参考;基础所承受的最大土压力位置与基础受力倾倒方向一致;随着竖向荷载的增加,结构达到极限承载力时,基础底部土体等效塑性应变区的范围与深度相应扩大。

冷喷涂颗粒临界速度预测的数值模拟

采用ABAQUS有限元软件建立了冷喷涂单颗粒撞击基体的耦合欧拉-拉格朗日四分之一模型,基于颗粒和基体形状变化以及等效塑性应变分布模型结果预测粒径25μm钛颗粒和30μm铝颗粒撞击7B04铝合金基体形成机械咬合与冶金结合的颗粒临界速度,并进行了数据有效性验证,研究了颗粒粒径、颗粒和基体初始温度对临界速度的影响。结果表明:根据模拟得到的颗粒/基体形状变化和等效塑性应变分布,预测得到粒径25μm钛颗粒、30μm铝颗粒的临界速度分别为680,700m·s^(-1),预测值与经验关系式估算值相对误差均小于11%,说明该方法准确;随着颗粒粒径增加、颗粒初始温度降低、基体初始温度降低,临界速度增大,其中颗粒初始温度对临界速度的影响较小,颗粒粒径和基体初始温度的影响显著。

含凹陷在役管道应变预测模型

针对在役含凹陷管道的安全评价,准确预测凹陷管道应变至关重要,然而现有美国机械工程学会(American Society of Mechanical Engineering,ASME)标准中的凹陷管道应变预测公式并未考虑管道运行内压对管道应变的影响。因此,建立了考虑内压作用的含凹陷管道有限元模型,研究了不同凹陷深度下,压头半径、管材性能、管道内压、管道壁厚、管道直径对管道最大等效塑性应变(ε_(0)^(max))的变化规律,提出了一种适用于在役凹陷管道的应变预测模型。结果表明:相对凹陷深度为6%时,管道内压从0 MPa增加到8 MPa,管道凹陷处ε_(0)^(max)增长幅度为50.26%。所提出的ε_(0)^(max)预测模型与有限元结果相比,平均误差为5.32%;与文献测试结果相比,最大和最小误差分别为12.51%和4.74%;该预测模型可以为在役凹陷管道安全评估提供一定的参考。

天然气水合物注热分解诱发储层变形破坏的正交数值模拟研究

针对天然气水合物热分解而引起的储层失稳破坏机理及影响因素不明确的问题,考虑因水合物热分解引起的地层传热、孔隙流体渗流和固体骨架的变形破坏,建立了水合物沉积层的热-流-固耦合模型及其作用下储层固体骨架的弹塑性本构模型。基于ABAQUS软件的USDFLD子程序进行二次开发,开展正交实验数值模拟,分析注热温度差、水合物沉积层的绝对渗透率和有效主应力差对水合物沉积层近井储层变形破坏影响的敏感性及影响机理。结果表明:对近井储层变形破坏影响的敏感程度由大到小依次为有效主应力差、绝对渗透率、注热温度差;水合物热分解引起的近井储层力学性质劣化和有效应力下降是导致其发生变形破坏的主要原因;有效主应力差越大,等效塑性应变最大值越大,并且受水平地应力非均匀性的影响,近井储层变形破坏最严重的位置始终位于井眼最小水平地应力方向上。该研究成果可为热激法开采天然气水合物或含水合物地层的钻井作业提供借鉴。

铝合金双曲率薄壁件电磁渐进辅助拉伸成形工艺方案设计与开发

目的针对铝合金双曲率薄壁件传统拉伸成形工艺成形均匀性差的问题,提出一种采用电磁渐进辅助拉伸成形的高精度成形工艺。方法设计电磁渐进辅助拉伸成形工艺方案,基于有限元仿真软件LS-DYNA R13.0,建立拉伸成形和电磁成形有限元模型。通过数值仿真研究线圈移动路径和放电电压组合对成形质量的影响以及薄壁件的整体贴模成形过程和等效塑性应变。结果与单程放电相比,双程放电能够大幅度提高板材变形均匀性。与以中间值电压连续放电以及先大电压后小电压的放电电压组合相比,在先小电压后大电压的放电电压组合下,板材的成形质量更高。选择线圈双程顺序移动路径和7 kV-10 kV放电电压组合,通过10次拉伸和9层54次放电,得到了减薄率仅为3%的贴模性良好的双曲率薄壁件。变形量基本呈现随着放电层数的增加而不断降低的趋势。电磁放电仅扩展更大的塑性应变区域,不改变已贴模区板材的塑性应变值。结论与拉伸成形相比,电磁渐进辅助拉伸成形工艺有效提高了板材的塑性变形程度并极大控制了回弹的发生。

双层金属板材同速异径蛇形轧制复合变形研究

采用ANSYS Multiphysics/LS-DYNA软件对Q345碳钢/NM400耐磨钢复合板轧制复合过程进行了有限元模拟,并开展蛇形轧制实验,验证了所建立有限元模型的准确性。总结了轧辊直径、错位量、摩擦条件和压下量对复合板变形行为的影响,结果表明,其他工艺参数不变条件下,初始辊径和摩擦条件对复合板平直度的影响较大,初始辊径越大和摩擦系数越小,复合板越平直;错位量和压下量对复合板结合面处等效塑性应变的影响较大,错位量适当增大,压下量越大,复合板结合面处变形更充分;轧辊直径对复合板厚度比影响较大,轧辊直径越大,复合板层厚比越大。其中蛇形轧制错位量的调整可同时实现对板材厚度比、等效塑性应变和弯曲曲率的正向调控,证明了可以通过调整蛇形轧制的错位量获得形性兼优的金属复合板。

基于跌落仿真的集成灶包装优化设计

目的对集成灶的跌落缓冲包装进行原始的设计及优化,要求通过实体样机测试验证并满足装柜量要求。方法首先,用缓冲系数法对包装进行初始设计得到最小厚度;其次,用ABAQUS建立跌落有限元模型做模拟测试,获取精确的脆值来校准最小厚度,以进行装柜尺寸约束判定;最后,通过仿真位移云图和等效塑性应变云图做跌落过程的失效分析,对包装进行局部优化。改善前后的方案同步做实体样机测试验证。结果仿真模型的云图显示,基于包装优化方案的侧板等效塑性应变从0.158降低到0.020,达到了仿真判定合格的标准,与测试结果一致,同时装柜量能得到保证。结论仿真模型与缓冲系数法结合的设计方法,能有效指导包装设计,节约测试资源,缩短开发周期。

预折纹吸能构件恒阻性能优化研究

目的防冲吸能构件作为冲击地压发生时保护液压缸正常工作的核心构件,其支护效果是评判吸能防冲液压支架优劣的重要标准。方法基于应用广泛的方形预折纹吸能构件,采用鱼群优化算法,运用数值仿真和数据处理软件协同分析方法,建立吸能构件的优化流程,得到吸能构件的加肋区,并与原构件对比,证明方案可行性。结果结果表明:(1)方形预折纹吸能构件由完全相同的8个梯形与8个三角形组成,以中轴线对称排列组成。通过分析构件形变情况,可知其形变较大区域集中在三角形区域上部与梯形区域底部,且有沿两腰预折纹向顶部延伸趋势,梯形侧壁中部出现塑性变形带;(2)通过对方形预折纹吸能构件进行局部加厚,承载力-位移曲线在弹性段形变结束后的衰减程度明显降低;(3)与原构件相比,优化后构件压溃峰值荷载增加,且各项支护性能均得到不同程度提升,吸能构件的优化效果良好。结论本文中的新型加肋优化方法具有可靠性与可行性,对预防冲击地压具有重要意义。

2219-T8铝合金搅拌摩擦沉积增材初始进料阶段数值模拟研究

研究了高强铝合金2219-T8在搅拌摩擦沉积过程中初始进料阶段的温度、应变和塑性流动,并深入探讨了主轴转速和进料速度对材料流动性的影响规律。采用Arrhenius材料定律建立了三维有限元热力学模型。实验结果表明,在不同的工艺参数下,同一区域的沉积时间存在差异。在当前工艺参数设定下,主轴转速为350 r/min,进料速度为0.2 mm/s时,沉积速度最快,增材效率最高;随着主轴转速的增加,进料杆的升温速率增大,材料发生塑性变形的最高温度增加,应变速率也增大;随着进料速度的增加,材料流动性减弱,填补中空旋转工具与基板之间的间隙所需时间增加。

高压燃油系统油管接头密封性能研究

为了研究燃油系统油管接头密封性能的影响因素,以某柴油机高压油管接头为研究对象,借助Hypermesh及ANSYS软件建立高压油管接头密封的有限元模型。根据赫兹接触理论及vonMises应力计算,探究不同预紧力、不同轨压作用下高压油管接头密封带宽度及最大等效塑性应变的变化规律。结果表明:密封带宽度、最大等效塑性应变与预紧力呈正相关,且最大等效塑性应变与预紧力变化呈三次方关系;密封带宽度与轨压呈负相关,而轨压对等效塑性应变影响不显著,该研究结果可为高压油管接头的安装设计及管接头预紧力的选择提供理论支撑。

摩擦对钢退火织构及平面应变影响分析

为进一步提升钢材的轧制效果和质量,在对热轧工艺参数对钢结构影响机理研究的基础上,通过实验研究了摩擦对钢退火结构的影响,得出了润滑轧制工艺下主要成分为γ纤维织构,无润滑轧制工艺下主要为高斯织构。通过数值模拟仿真研究了不同摩擦系数对应板材的等效塑性变形、全塑性变形的变化,研究成果可指导后续实践生产。

煤矿液压支架吸能构件性能分析及结构优化研究

以煤矿防冲液压支架吸能构件为研究对象,利用ABAQUS软件建立数值模型并分析构件性能,发现局部位置的等效塑性应变过大,导致吸能构件载荷出现大幅度波动。对塑形应变较大位置,将钢板厚度增加10 mm,增加的高度为42 mm,此举能提升对应区域的强度和刚度。利用数值模型再次分析结构优化后的吸能构件,发现其载荷稳定性有了明显提升,极大改善了构件性能。将优化后的吸能构件应用到煤矿实践中,发现达到了预期效果,产生了很好的安全效益。

QD08钢棒材粗轧心部质量影响分析及工艺优化

本研究针对某钢铁公司在实际生产中遇到的QD08钢棒材心部疏松、孔隙和夹杂等质量问题,结合现场实际工艺参数,应用MSC.Marc有限元软件对QD08特殊钢钢棒材的粗轧过程进行了有限元模拟分析。深入探讨了粗轧过程中轧件的温度场和等效塑性应变分布,并进一步研究了轧件与轧辊之间的除磷时间、加热温度等因素对变形渗透以及心部质量的具体影响。通过对模拟结果的回归分析,发现在出炉温度为1120~1195℃、除磷时间为4~20 s,变形渗透和心部的等效塑性应变会随着上述参数的增加而提高,从而显著增加心部孔隙的焊合率。特别是在出炉温度为1195℃、除磷时间为12 s,与出炉温度为1120℃、除磷时间为4 s的条件相比,心表温差可增加至122.8℃,心部等效塑性应变量显著提升至2.29996,心部孔隙缺陷焊合率提高了26%。采用相似炉号的铸坯进行的现场轧制实验表明,采用现行原始工艺参数时,内伤率可达4%;但通过改进轧制工艺参数,如提升开轧温度39℃,可彻底消除内伤;继续在此基础上增加除磷时间2 s,亦可完全消除内伤。上述现场实验结果验证了模拟分析的准确性,为实际生产中控制产品内伤率提供了重要指导。

侧向堆土作用下桩柱式桥墩延性性能研究

为了研究建造在高陡坡位置上的桩柱式桥墩在堆土作用下的侧移性能及桩体关键截面的曲率延性,解决常规水平受力桩模型假设的局限性,采用土体应变楔模型半解析方法分析了侧向堆土作用下桩-土系统非线性行为。将桩柱式桥墩采用等效悬臂梁模型进行仿真,分析了天然状态和饱和状态的堆土楔形体对于桥墩的作用影响规律。比较了有堆土和无堆土两种工况下桩柱的变形特征。结合工程实例,研究了桥梁运营状态时,在温度变化、混凝土收缩、徐变影响力和汽车制动力作用组合下桩柱发生非弹性位移时的局部曲率延性能力。结果表明:根据堆土楔形体模型,堆土场形成的滑坡作用在桥墩上的侧向弯矩对其承载能力影响显著;有无堆土对桩身轴力影响不显著,但对剪力影响显著,剪力曲线特征转折点(最不利剪力位置)由于堆土的存在发生上移;采用土楔形体模型以及柱式桥墩等效悬臂梁模型可以成功估算柱式桥墩基础在侧向堆土作用下的塑性铰位置,以及桩柱的横向极限承载力。总结了桥下堆土在导致桥墩倾斜过程中的影响,并对桥下堆载的放置提出了建议。

初轧温度对Ti2AlNb钛合金环件径-轴向轧制过程的影响

基于Simufact Forming有限元软件对Ti2AlNb钛合金径-轴向环件轧制过程进行了数值模拟,研究了不同初轧温度对驱动辊径向轧制力能参数以及环件成形后的等效应变、温度的影响规律。结果表明:随着环件成形温度的升高,在环件轴向截面,等效应变标准差分布越来越均匀,而温度标准差分布差异却越来越大;在环件轧制初期,温度对轧制力影响显著,驱动辊轧制力增加速度及其峰值随环件成形温度的升高逐渐降低;在环件轧制后期,温度对轧制力的影响很小。

循环荷载作用下的混凝土弹塑性损伤本构模型及数值实现

该文建立了一种描述混凝土在循环荷载作用下复杂力学行为的弹塑性损伤模型。该模型借助四参数等效应变将复杂的多轴问题转换至单轴等效应变空间中求解,考虑了混凝土卸载过程中的刚度退化现象及不可逆变形。同时针对等效应变的非负特性,提出了拉压转换处理方法,从而在求解损伤变量时无需区分拉损伤和压损伤。该文提出的弹塑性损伤模型数学形式简洁,且实现过程不依赖于四参数模型,实现方法普遍适用于各类混凝土等效应变模型,通过模拟单轴循环荷载试验和Koyna大坝动态损伤过程,验证了该文模型的正确性与可靠性。