薄壁不锈钢圆管柱轴压稳定性能研究

利用ABAQUS有限元软件对薄壁不锈钢圆管轴压柱的轴压稳定性能进行了数值模拟,并考察了材料性能参数、材料各向异性、初始几何缺陷、径厚比、长细比等因素的影响。分析结果表明:材料各向异性和初始局部缺陷的取值对构件轴压稳定性能影响较小,可以忽略;初始整体缺陷取值对构件轴压稳定性能影响较大,有限元模型中取构件长度的1/2000可较为准确地模拟试验结果;材料性能参数、径厚比和长细比对构件轴压稳定性能影响较大。通过对不同径厚比构件的分析,提出了防止构件发生局部屈曲的容许径厚比建议公式;通过对不同正则化长细比构件的分析,提出了构件发生整体弯曲的临界正则化长细比建议公式,公式计算结果与有限元分析结果吻合良好,可为不锈钢管柱的工程设计提供参考。

薄壁不锈钢圆管三维激光切割夹具设计

设计夹具解决了三维激光切割薄壁不锈钢圆管时,采用直接装夹方式产生装夹变形、翘曲变形及定位精度低的问题,而且还可以提高薄壁不锈钢圆管的切割质量和加工效率。

激光功率对304不锈钢圆管焊缝成形及显微组织影响

采用光纤激光器进行了1.5 mm壁厚304不锈钢圆管的对接焊接。研究了激光功率对焊缝成型和组织的影响。通过对焊缝表面、截面形貌和组织分析,得到了较好的焊接工艺参数。结果表明,当激光功率为2400 W时,焊缝成型良好,焊缝焊透。焊缝组织为典型的激光重熔后凝固组织,热影响区窄。

不锈钢圆管内湍流摩擦因数研究

针对不锈钢圆管湍流摩擦因数计算存在的问题,在雷诺数为(1~15)×104的范围内,测定了不锈钢圆管的阻力性能,并对其湍流摩擦因数进行计算和分析,在此基础上提出了计算该种不锈钢圆管湍流摩擦因数的经验公式,并与常用的计算光滑圆管湍流摩擦因数的经验公式进行比较。结果表明,提出的经验式计算值与实测值基本一致,平均误差0.606%,最大误差1.256%。

考虑局部稳定影响的不锈钢圆管短柱轴压承载力试验研究

为研究不锈钢轴心受压圆管的局部稳定承载性能,对9根奥氏体型不锈钢圆管短柱、7根双相型不锈钢圆管短柱以及作为对比的3根Q355圆钢管短柱进行轴心加载试验,得到了不锈钢轴压短柱的破坏模式和局部稳定承载力。研究发现短柱均发生局部失稳破坏,径厚比是影响轴心受压短柱承载力的重要因素。将局部稳定承载力试验结果与欧洲不锈钢结构设计规范EN 1993-1-4、美国冷成型钢结构设计规范AISI S100-2016、美国钢结构建筑规范ANSI/AISC 360、美国不锈钢建筑结构规范ANSI/AISC 370-21中的设计方法进行对比,结果表明:对于径厚比较小的不锈钢圆管短柱,四种规范的预测承载力较为保守;对于部分径厚比较大的不锈钢圆管短柱,规范预测承载力偏于危险。

热成型不锈钢圆管混凝土轴压短柱受力性能试验研究

对热成型不锈钢圆管混凝土短柱在轴向压力作用下的承载性能进行试验研究,试验主要参数为混凝土强度(C30和C40)、不锈钢管壁厚t(0.9 mm、1.0 mm和1.2 mm)和试件的高径比λ(3.0、3.5、4.0),试验观测了不锈钢圆管混凝土短柱在轴向压力作用下的破坏现象、试件荷载-轴向变形曲线、荷载-环向应变曲线、荷载-轴向应变曲线等。根据试验的破坏现象,将试件分为5种破坏模式,并分析了不锈钢管壁厚t和试件的高径比λ对试件的承载力、延性、刚度的影响。分析结果表明:试件在屈服后表现出明显的承载力提高;随着钢管壁厚的增加,试件的受压承载力、延性及刚度均有所提高;随着试件高径比增大,试件的延性增大,刚度降低;试件的受压承载力在高径比3.5时最大,4.0时次之,3.0时最小。与普通钢管混凝土相比,不锈钢管混凝土约束放大系数有一定的提高。

薄壁不锈钢圆管轴心受压构件试验研究

针对不锈钢构件的力学性能与普通碳素钢存在较大不同、国内相关研究较少且试验数据尚不充分等问题,对奥氏体304热轧、冷弯薄壁不锈钢圆管截面,共19根简支轴心受压长柱试件进行试验研究。通过拉伸试验、短柱和长柱轴压试验,获得了不锈钢材料拉伸、压缩性能及长柱轴压的力学性能,包括加载现象、破坏形态、极限荷载及初始缺陷等,并提出长柱轴压稳定系数建议公式。结果表明:不同径厚比的热轧退火不锈钢材料性能相近,而冷弯焊接不锈钢经冷弯强化后材料强度显著提高;Quach模型能够与我国奥氏体304热轧、冷弯不锈钢拉伸及压缩的应力-应变关系吻合;长柱构件初始缺陷应考虑整体缺陷和物理偏心的共同影响,并建议其取值为构件长度的1/2 000;所建议公式计算结果与试验吻合良好,精度高于采用国外规范方法计算的结果,可用于热轧、冷弯薄壁不锈钢圆管柱稳定系数的确定。

薄壁不锈钢圆管激光切割工艺研究及夹具设计

采用固体脉冲Nd:YAG激光器研究脉冲电流、切割速度和氮气压力对壁厚为1mm的薄壁不锈钢圆管切割质量的影响。以切缝宽度和切口表面粗糙度作为衡量指标,通过正交试验得出氮气压力是薄壁不锈钢圆管切割质量的主要影响因素,其次是脉冲电流,切割速度对切割质量的影响在三个因素中最小,其最优工艺参数组合为:脉冲电流I=170A,切割速度v=40mm/min,氮气压力P=0.8 MPa。设计实验所用薄壁不锈钢圆管的专用夹具,解决了其采用直接装夹方式时装夹变形和定位精度低的问题。

掺纳米二氧化硅不锈钢圆管混凝土短柱高温后轴压力学性能试验研究

通过对在混凝土中掺加不同掺量纳米SiO2的不锈钢圆管混凝土短柱在不同高温后的轴压试验,分析纳米SiO2掺量和高温对试件轴压承载力和破坏模式的影响,得到了荷载-位移曲线及荷载-应变曲线。研究结果表明:温度和纳米SiO2掺量对不锈钢圆管混凝土短柱的破坏模式影响较小。纳米SiO2不锈钢圆管混凝土短柱的轴压承载力、初始刚度及延性系数随温度的升高而降低,纳米SiO2掺量对不锈钢圆管混凝土短柱的轴压承载力影响呈现出离散性。当纳米SiO2掺量为1%时,不锈钢圆管混凝土短柱的轴压承载力最高,且随着纳米SiO2掺量的增加,试件的轴压承载力降低。温度对不锈钢圆管混凝土短柱的轴压承载力的影响随着纳米掺量的增加而增大。

三维激光切割不锈钢薄壁圆形钢管的夹具设计

应用三维激光切割不锈钢薄壁圆形钢管时,有与薄壁钢管刚性差容易造成在切割过程中引起钢管变形,通过对夹具进行设计能够避免此种情况的出现,同时确保不锈钢钢管的加工质量,提高生产效率。

磁极轴向振动研磨长圆管内表面的研究

磁性研磨长圆管内孔表面是一种新的加工工艺。理论分析表明,在加工状态下对磨粒运动轨迹进行复合可以提高加工效率并能提高被加工表面粗糙度,为此,设计出一台机械式振动装置来实现磨粒轨迹复合,并对0Cr18Ni8不锈钢圆管内壁进行研磨试验。试验结果表明,在合理的复合轨迹范围内,加工效率和加工效果均可提高一倍左右。

HPMA作用下CaCO_3结垢特性及其对传热的影响

以水解聚马来酸酐(HPMA)对碳酸钙(CaCO_3)结晶垢的影响为研究对象,在Re=2 850和流量为20L/h的条件下,研究了316L不锈钢管在CaCO_3质量浓度分别为400 mg/L、600 mg/L、800mg/L、1 000mg/L和1 200 mg/L及添加比(m(HPMA)/m(CaCO_3))分别为1.6/100、2.4/100、3.2/100、4.0/100和4.8/100时的结垢特性及其对传热的影响,并利用扫描电镜(SEM)考察了在羧酸基阻垢剂(HPMA)作用下CaCO_3污垢的晶型变化。实验结果表明:在HPMA作用下CaCO_3污垢及其热阻随时间呈线性增长;污垢和热阻的增长速率受溶液浓度及HPMA添加比的影响,存在临界阈值效应;在羧酸基阻垢剂(HPMA)作用下CaCO_3污垢的晶型扭曲明显。

304不锈钢薄壁管件纵缝焊接工艺及组织研究

采用激光自熔焊接技术对1 mm厚的304不锈钢圆管进行纵缝对接焊接试验。基于两因素和四水平的控制变量试验,通过光学显微镜、X射线荧光衍射仪和扫描电镜等分析设备获取焊接接头微观测试结果,并以表面成形、显微硬度为指标,获得激光功率为3.5 kW、焊接速度为30 mm/s、离焦量为+2 mm的最佳焊接工艺参数。研究结果显示:焊缝中心由细小等轴晶奥氏体和树枝状铁素体组成,在焊缝边缘处存在细小的柱状树枝晶区域,这些柱状晶沿着垂直于熔合线的方向生长,且尺寸与焊接热输入成正比。最优工艺参数下热影响区显微硬度达到221 HV,焊缝的显微硬度为214 HV,不同焊接接头对应区域内的显微硬度值与热输入呈负相关性。