6063铝合金中空构件充液压形成形

为促进铝合金中空构件在汽车上的应用与推广,分别采用数值模拟和实验验证研究了铝合金中空构件在室温下充液压形的可行性,分析了内压对成形结果的影响,总结了成形过程中出现的主要缺陷形式及每个缺陷的发生原因。结果表明充液压形在室温下成形铝合金中空构件是具有可行性的,同时成形时所需内压较低,室温成形时所需压力仅为2-10 MPa。失稳弯曲和死皱是充液压形的主要缺陷形式。适当增大内压可消除失稳弯曲缺陷,控制坯料的膨胀变形即可消除死皱缺陷。虽然弯矩是压形的主驱动力,但对于铝合金而言,当其内压增大至6 MPa时,其成形件的回弹量很小几乎可以忽略。

方中空夹层钢管混凝土叠合构件纯扭性能研究

目的研究方中空夹层钢管混凝土叠合构件的纯扭性能,提出抗扭承载力计算公式。方法运用ABAQUS有限元分析软件建立方中空夹层钢管混凝土叠合构件有限元模型,分析其受扭工作机理和影响构件承载力的重要参数,最后通过叠加法得出抗扭承载力计算公式。结果受力全过程可分为弹性阶段、弹塑性阶段、塑性阶段;在弹性阶段,各部件之间协同作用,产生相互作用力,但相对较小;在弹塑性阶段,外部混凝土与钢管分离,无相互作用力产生;通过分析构件在纯扭作用下的工作机理,确定了外钢管强度、直径及径厚比是影响构件抗扭承载力的重要参数;通过叠加法得出的纯扭公式计算值与有限元模拟值偏差在10%以内,公式相对可靠。结论方中空夹层钢管混凝土叠合构件具有良好的抗扭性能,笔者基于叠加原理提出的纯扭公式可精确地计算其抗扭承载力。

TC17钛合金中空构件连接成形工艺参数优化

合理的连接成形工艺参数是保证中空构件连接质量与结构完整性的关键。采用中心复合实验设计方法与有限元模拟技术,实现了TC17钛合金中空构件连接成形过程的数值模拟,基于响应面模型实现了工艺参数的优化。研究结果表明:温度升高对中空构件连接成形过程中FPI的塑性应变的增大作用和FPII的塑性应变的减小作用显著;变形量增大提高了FPI的塑性应变的增加率,延缓了FPII的塑性应变的增加率;以温度和变形量为响应变量,建立了中空构件连接成形过程中平均塑性应变ε_(FPI)和界面连接率显著增长结束时的响应参量fFPII的响应面模型,工艺参数优化的合理温度为1073 K、变形量为0.510~0.631 mm。响应面模型的拟合优度R^(2)达到99%以上,表明工艺参数优化结果是可靠的。

圆中空钢管混凝土叠合构件纯弯性能研究

目的对圆中空钢管混凝土叠合构件纯弯性能进行有限元分析,为该类构件设计提供计算依据。方法首先利用已有试验验证模型的准确性;其次应用有限元软件ABAQUS对典型构件的弯矩-挠度曲线进行分析,定义4个特征点,研究不同特征点处试件的工作机理,分析不同参数对构件抗弯承载力的影响;最后应用叠加原理和极限平衡原理推导出圆中空钢管混凝土叠合构件纯弯承载力简化计算公式。结果钢管直径由80 mm增加到100 mm、120 mm,即空心率由0.137增加到0.221、0.325时,承载力分别降低了5.2%和19.5%;建议的纯弯承载力简化公式计算结果与试验结果吻合良好。结论圆中空钢管混凝土叠合构件在减轻自重的条件下具有较好的承载能力和延性,可以满足工程需要。

中空肋板构件爆炸焊接模拟及其试验研究

建造新一代聚变装置需要一种高强度中空肋板构件,其内部有多条中空流道,难以采用常规焊接方法制得。创新地提出了凸台式装药模式,并运用LS-DYNA程序,建立三维有限元模型,模拟新装药模式的面板运动及碰撞过程,研究面板的运动速度与应力分布等规律,分析新装药模式对肋板构件爆炸焊接的影响,验证凸台式装药对肋板构件爆炸焊接的适用性;进而在上述研究的基础上,顺利制造了该构件,并避免了其面板的损坏。

中空夹层圆钢管混凝土构件内外法兰连接受弯性能分析

为研究中空夹层圆钢管混凝土内外法兰连接的受弯性能,用ABAQUS软件建立了该节点的力学模型,分析了中空夹层圆钢管混凝土内外法兰节点受弯时节点中和轴和旋转轴的位置,并分析了内外法兰错开间距、螺栓预紧力、空心率、法兰板厚度、混凝土强度、螺栓内外边距比值等参数对节点极限承载力、最大螺栓拉力的影响。结果表明:节点的中和轴和旋转轴随弯矩变化,在外法兰板底端最大螺栓屈服前,旋转轴位置大约为0.6 R(R为外钢管半径),并且节点的中和轴和旋转轴不在同一截面;外圈最大螺栓拉力随法兰板厚度、内外法兰错开间距、螺栓内外边距比值增大而减小,随空心率、螺栓预紧力增大而增大;混凝土强度对最大螺栓拉力影响不大,可以不作为主要参数进行分析。

锥形高强中空夹层薄壁钢管混凝土构件的抗弯性能试验研究

考虑内钢管径厚比(35~100)、外钢管径厚比(50~120)、空心率(0.72~0.85)及是否配置纵向加劲肋等因素,对5组共10个采用Q690D钢材和C120混凝土的锥形高强中空夹层薄壁钢管混凝土试件进行纯弯试验研究。分析了构件的破坏模式、弯矩-挠度关系曲线、承载力、刚度及应变发展等力学行为,研究了现有规范对锥形高强中空夹层薄壁钢管混凝土构件抗弯承载力和抗弯刚度计算的适用性。结果表明:受拉区外钢管屈服后,试件进入弹塑性阶段;中和轴位置随着荷载的增加逐渐上移,各试件变形发展符合平截面假定。随着空心率和内、外钢管径厚比的增加,试件极限抗弯承载力和刚度降低;设置纵向通长加劲肋可以有效提高试件极限抗弯承载力,与无肋试件相比,带肋试件的极限抗弯承载力提高了7.29%~20.18%。对于空心率和内(外)钢管径厚比未超限的试件,T/CEC 185—2018的承载力计算结果偏于保守;对于超限试件,T/CEC 185—2018和EC 4的承载力计算结果偏于不安全。对于空心率小于0.82的试件,T/CEC 185—2018和EC 4的抗弯刚度计算值与试验值接近。

圆中空夹层钢管混凝土叠合构件纯扭性能研究

目的 研究圆中空夹层钢管混凝土叠合构件的纯扭性能,为工程应用提供理论依据。方法 利用ABAQUS软件建立圆中空夹层钢管混凝土叠合构件纯扭有限元模型,分析其工作机理和各参数对构件纯扭性能的影响规律;最后采用叠加法提出抗扭承载力简化计算公式。结果 受扭全过程可分成弹性、弹塑性和塑性3个工作阶段;外钢管的强度、直径以及径厚比是影响构件抗扭承载力的关键参数,外钢管强度由Q235提高到Q345、Q420,抗扭承载力分别增大了21.0%和35.2%;外钢管直径由134 mm增大到154 mm、174 mm,抗扭承载力分别增大了26.9%和67.0%;外钢管径厚比由51.3减小到38.5、30.8和25.7,抗扭承载力分别增大了16.0%、31.9%和46.7%;简化计算公式得出的抗扭承载力与模拟结果的平均比值为0.903,公式计算结果偏于安全。结论 圆中空夹层钢管混凝土叠合构件具有良好的抗扭性能和延性性能,简化计算公式能满足工程设计需求。

圆锥形中空夹层钢管混凝土构件压弯剪受力性能研究

为研究圆锥形中空夹层钢管混凝土构件压弯剪受力性能,利用ABAQUS有限元软件建立了数值分析模型,计算了横向剪力-位移关系曲线,分析了构件破坏模态,提取了各组件相互作用力及荷载分配曲线;最后对影响圆锥形中空夹心层钢管混凝土构件压弯剪受力性能的主要参数进行了数值计算。结果表明:空心率、锥度、混凝土强度等级对圆锥形中空夹层钢管混凝土压弯剪构件的横向剪力峰值影响甚微,剪跨比、轴压比、钢材强度等级以及内、外钢管径厚比对其影响较为显著,且当内部钢管径厚比大于60时,极限承载力的增幅较小。

锥形高强中空夹层薄壁钢管混凝土构件的弯扭性能研究

采用有限元软件ABAQUS对内、外钢管和加劲肋采用Q690钢材,混凝土采用C120高强混凝土的锥形高强中空夹层薄壁钢管混凝土构件弯扭性能进行数值模拟分析,得到了构件的扭矩-转角关系曲线,分析了构件的破坏形态.研究了不同参数对锥形高强中空夹层薄壁钢管混凝土构件弯扭受力性能的影响.结果表明:弯扭比对构件刚度影响较小,但对构件的破坏形态影响较大.随着弯扭比增大,构件的抗扭承载力降低,抗弯承载力提高,抗扭延性降低,构件更早发生断裂.空心率、锥度、内外钢管径厚比对锥形高强中空夹层薄壁钢管混凝土弯扭构件的抗扭承载力影响较为显著,混凝土强度和内钢管强度对弯扭构件的抗扭承载力影响较小.

微波固化成型三维中空复合材料结构的力学性能

为了改善三维中空复合材料结构微波固化成型的固化均匀性,提出了添加外部导热附加模具和内部微波吸收剂两种不同的方法。通过试验研究了附加模具的材料、厚度以及微波吸收剂种类和含量对三维中空复合材料结构力学性能的影响。结果表明,结构的平压失效模式包括芯柱失稳和压溃,剪切失效模式为芯材剪切失效和界面脱粘,短梁弯曲的失效模式为面板/芯材界面的脱粘后屈曲破坏。相比于未添加附加模具,AlN和Al_2O_3陶瓷均可以提高结构的力学性能,但AlN的增强效果更显著。AlN模具厚度的增加不利于结构的力学性能,模具厚度从0.5 mm增加到1.5 mm时,结构的平压、剪切和芯材剪切强度均随之降低。微波吸收剂的添加均可提高中空结构的力学性能,其中剪切和芯材剪切强度随着石墨含量的增加而增加,平压强度随着石墨含量的增加先增加后降低,而Fe_3O_4含量变化则对结构力学性能的影响不显著。

钢-混凝土组合结构构件工作性能的研究进展

钢-混凝土组合结构构件具有承载力高、塑性韧性好、抗火性能优于钢结构等诸多优点.为了研究其构件的力学性能和工作机理,对钢管混凝土构件、型钢-钢管混凝土构件、钢管混凝土叠合构件、中空夹层钢管混凝土构件工作性能的研究现状进行了总结,对钢-混凝土组合结构构件的研究方向进行了展望.

浅析钢-混凝土组合结构构件工作性能

钢-混凝土组合结构构件由于具有承载力高、塑性韧性好、抗火性能优于钢结构等诸多优点越来越受到工程界的青睐,其构件的力学性能和工作机理也是研究者关注的热点问题。本文结合笔者的研究成果和其他研究者的研究成果,对钢-混凝土组合结构构件工作性能的研究现状进行了总结,最后对钢-混凝土组合结构构件的研究进行了展望。

圆台形大空心率中空夹层钢管混凝土构件压扭性能研究

圆台形大空心率中空夹层钢管混凝土(TLHR-CFDST)基于传统中空夹层钢管混凝土(CFDST)发展而来,在实际工程中常受到压-扭复合荷载作用。为研究TLHR-CFDST构件的压扭性能,设计了6个试件并进行静力加载试验,主要试验参数包括锥角、空心率和轴压比。在试验的基础上,建立TLHR-CFDST压扭构件的有限元模型,进一步分析其工作机理和参数影响。结果表明:在压扭荷载作用下,TLHR-CFDST构件在上部截面发生破坏;当锥角增大时,构件的抗扭刚度和受扭承载力下降,而空心率对受扭承载力影响较小;当轴压比不超过0.4时,构件表现出良好的延性,但当轴压比大于0.4后,构件的扭矩-扭转角曲线出现下降段,受扭承载力有较大程度的降低;在钢管的约束下,混凝土受扭开裂后可以继续承担荷载;构件在不同参数下的压扭承载力相关曲线基本一致。基于承载力相关方程,建立了适用于TLHR-CFDST构件的压扭承载力计算方法,该方法预测的承载力与试验及数值计算结果吻合较好。

RPC中空受压构件截面设计及受力性能研究

根据活性粉末混凝土(RPC)材料特性及构件受压稳定理论,以截面最薄处抗剪强度为控制指标设计了中空受压构件截面。据此制作了4个中空截面受压构件,对其轴压承载力进行了理论计算并进行了轴压破坏试验。采用数字影像相关技术(DIC)获得了构件全场应变云图进而得到构件荷载-变形关系曲线。基于Weibull构建了RPC的本构模型,并在ABAQUS中构建与之对应的混凝土损伤塑性本构模型。采用RPC损伤塑性本构模型对所设计中空截面构件进行了数值模拟,分析结果与理论计算及试验结果符合较好,构件破坏时RPC强度能够得到充分发挥,由此验证了构件截面设计的合理性。研究工作为RPC在框架结构中应用提供参考。

双金属复合管充液压形成形研究

目的促进双金属复合管中空构件在实际生产中的应用与推广。方法通过实验和数值模拟,研究双金属复合管室温下充液压形的可行性,分析内压对管材缺陷的影响,总结主要缺陷形式及缺陷的发生原因。结果室温成形时所需压力仅为15 MPa。对于Fe/Al双金属复合管而言,当其内压增大至17 MPa时,则回弹量很小,通过控制坯料的回弹量即可减小内外管间隙缺陷。成形件壁厚分布均匀,且内压对其影响较小。结论充液压形可在室温下成形双金属复合管。回弹是成形件存在间隙的主要原因,间隙随着内压的增大而减小。

大跨越塔采用复合构件的振动特性研究

大跨越塔部分采用中空夹层钢管混凝土构件,其基频高于传统的纯钢管结构,振动特性比较好;构件的阻尼比纯钢管大得多,其抗振性能会有很大提高,并可以解决结构上的许多问题,因此,这种结构具有抗风振方面的优越性。