局部环向变厚度方钢管混凝土柱偏压力学性能研究

针对海洋环境中飞溅区造成的钢管混凝土柱局部环向腐蚀现象,采用机械削减方式模拟钢管壁厚局部环向腐蚀,进行了7个方钢管混凝土柱偏压试验,揭示了削弱率和偏心率对其偏压承载力的影响,并通过数值模拟对削弱率进行拓展分析.提出了基于削弱率的偏压承载力降低系数,代入中、美规范进行偏压承载力计算.结果表明:钢管的局部环向变厚度严重削弱了方钢管混凝土柱的偏压承载力和侧向挠曲能力;较大的加载偏心率也降低了其偏压承载力,但增大了其侧向挠曲能力.引入偏压承载力降低系数后,根据中、美规范计算得到的偏压承载力与试验值均吻合较好;相比于我国规范,美国规范在计算偏压承载力时相对更加保守.

变厚度CFRP超声缺陷自动成像的相关性算法研究

针对变厚度碳纤维增强聚合物复合材料(carbon fiber reinforced polymer,CFRP)超声缺陷成像工序繁琐的问题,提出了一种基于相关性的自动成像算法。试验预埋夹杂缺陷,使用超声相控阵检测获取数据,首先依据离散序列互相关理论,对不同厚度CFRP的超声A扫描信号进行底波时移处理,之后利用自相关理论从无缺陷区域生成必要的参考信号。通过相关计算结果,利用欧氏距离区分缺陷信号和非缺陷信号,并依据欧式距离进行颜色编码绘图。最后通过基于机器视觉以及Hough圆变换的边缘检测算法来对缺陷尺寸进行统计测量,总体均值误差率小于7%,最大误差率为16.25%,最小误差率为0.25%。结果表明该算法可广泛应用于变厚度CFRP自动化超声检测。

压缩载荷下非对称变厚度复合材料层合板性能研究

对非对称结构形式的变厚度复合材料层合板在准静态压缩载荷下的失效机理进行了试验和数值研究。在ABAQUS/Explicit中建立全新的三维有限元模型(Finite element model, FEM),其中Hashin准则用于复合材料层合板渐进失效分析,内聚力建模用于模拟分层的萌生和扩展。根据试验得到的应变数据分析,不连续的中性轴使层合板中产生弯矩,这些弯矩与轴向压缩载荷相互耦合,共同作用在层合板上。有限元结果表明,在薄段和变厚度段的交界处存在明显的应力集中,且薄段的应力大于厚段的应力。在交界处,发生了分层以及纤维和基体的压缩损伤,这与试验的结果一致。FEM预测的极限荷载比试验测得的平均极限荷载小10.7%,证明了模型的可行性和合理性。

张力机制对TRB板变厚度轧制过程的影响

轧制差厚板(TRB)是轧向厚度周期性连续变化的板材,具有一体化成形、过渡区可调可控、性能均匀、易于批量生产等特点。为预防轧制过程带材窜动、跑偏,薄规格TRB板的生产需带张轧制。受轧向厚度波动影响,TRB板各轧制区的前后张应力亦存在波动,并对过渡区及平轧区的成形产生影响。利用有限元法模拟分析了不同张力机制下的TRB板轧制过程,重点研究前、后张力对TRB板轧向板厚控制效果及轧后板带应力状态的影响,并探究不同张力机制下TRB板各区最大轧制力变化情况。研究结果显示,张力机制对TRB板各区长度有一定影响,且不同的前后张力配置产生的影响存在差异,增大前张力可使超薄轧制区的轧向长度小幅增长,增大后张力可改变两过渡区的轧向长度,并使中间平轧区缩短;合理的张力配置可降低TRB板各区轧制力。

变厚度圆板自由振动的研究

针对弹性边界条件下变厚度圆板的自由振动问题,提出一种改进Fourier级数法来研究其振动特性。在沿圆板的边界均匀的设置弹簧以模拟弹性边界,包括横向位移弹簧和旋转约束弹簧。首先建立圆板的能量表达式,再通过瑞利-里兹法进行求解,把振动问题转化为矩阵特征值问题。数值仿真验证过程中当边界条件改变时,只需要改变仿真模型中的弹簧刚度系数就可改变系统的质量矩阵和刚度矩阵,得到其振动频率和模态等特性。数值结果表明,该方法简便合理,具有较好的推广价值。

变厚度旋转圆柱壳的自由振动研究

为了提高旋转圆柱壳结构的使用性能和工作效率,减轻其质量已成为有效方式之一,针对这一需求,旋转圆柱壳结构有设计为厚度沿轴向变化即变厚度的趋势。基于此,利用Chebyshev-Ritz方法,对厚度沿轴向有3种线性变化形式的变厚度旋转圆柱壳的自由振动进行研究。考虑科氏力与离心力的影响,基于Sanders壳理论,将圆柱壳的位移场近似展开为Chebyshev多项式与边界函数乘积的形式,计算变厚度旋转圆柱壳的动能与势能,再根据Ritz方法获得变厚度旋转圆柱壳的频率方程。在此基础上,将所得结果与已有文献中的结果进行比较,验证了建模方法的准确性,并对计算结果进行了收敛性研究。最后比较了不同厚度变化形式下旋转圆柱壳的自由振动,并讨论了转速、厚度变化参数、圆柱壳长径比等参数对变厚度旋转圆柱壳自由振动的影响。

翼缘纵向变厚度工型截面梁变形性能试验

为研究翼缘纵向变厚度工型截面简支梁的变形性能,对2根翼缘纵向变厚度工型截面梁与2根等厚度梁进行静力加载对比试验,同时采用有限元软件ANSYS进行数值模拟.变厚度梁翼缘材料为Q345GJC等级纵向变厚度钢板,加载方式包括单点加载和两点加载.试验结果表明:试件均发生明显的板件局部屈曲;采用翼缘纵向变厚度工型截面简支梁,不仅可以在保证承载力的情况下大大减少用钢量,而且可以获得更大的强度储备;也可以达到密实截面的变形要求,满足塑性设计要求.有限元结果与试验结果吻合良好.该试验结果可为翼缘纵向变厚度工型截面钢梁的塑性变形设计提供依据.

纵向变厚度(LP)钢板轧制技术和受弯构件承载性能研究

纵向变厚度钢板(LP钢板)是一种新型节约型绿色钢板,可广泛运用于工业与民用建筑、桥梁船舶及其他特种结构当中,其研发和应用对促进结构优化设计,建筑节能减排有重要意义。该文介绍了国内纵向变厚度钢板特殊的轧制与矫直技术,综述了钢板材料力学性能以及翼缘纵向变厚度工形截面简支梁在弹性和弹塑性阶段变形和承载性能的理论、试验和数值分析研究结果,得出了材料性能随厚度变化的规律,提出了翼缘纵向变厚度工形截面简支梁的承载力设计值和正常使用极限状态下变形计算方法。

阶梯状或线性变厚度正交异性圆板的横向振动

本文利用三节点变厚度环形单元,计算了变厚度柱状正交各向异性圆板的轴对称和非轴对称振动的自然频率。在单元矩阵的计算过程中将解析方法与数值积分相结合,大大提高了计算精度。计算实例表明,使用少数几个单元即可获得相当精确的计算结果。

翼缘纵向变厚度工型截面简支梁承载性能有限元分析

目的研究翼缘纵向变厚度工型截面简支梁的构件受力性能,为其进一步参数化分析提供依据.方法采用有限元软件ANSYS对2根翼缘纵向变厚度构件和2根等厚度对比构件进行模拟,研究单点加载和两点加载情况下的承载性能,考虑试验侧向支撑和理想侧向边界条件的影响,并将模拟结果与试验结果进行对比.结果有限元计算结果与试验结果吻合良好,4根构件截面均达到密实截面要求,且翼缘变厚度工型截面梁可以获得更大的强度储备;理想侧向支撑有利于提高构件的整体承载力,相比试验侧向支撑模型提高约5%.结论笔者建立的有限元模型能够合理模拟试验条件,且建议在进一步参数化分析中采用理想侧向支撑边界条件;纵向变厚度钢板节省用钢量以及本身强度优势,用于工型截面受弯构件翼缘可以获得更高的强度储备和更大的经济效益.

2205双相不锈钢变厚度轧制过程仿真分析

针对不锈钢在轧制过程中易出现边裂,影响产品质量问题,基于变厚度轧制及塑性变形理论,结合Gleeble-3800热压缩模拟实验数据,构建2205双相不锈钢的热变形本构方程及不同轧制区域的轧制力学模型.基于变厚度交叉轧制工艺实现板带边部和中部区域的不同压下率控制,采用DEFORM软件对轧制过程进行模拟仿真,并对比分析变厚度交叉轧制与普通平轧的边部损伤情况以及不同厚度区域的金属流动规律.仿真结果表明,变厚度交叉轧制的边部损伤因子相对于普通平轧减小了22%,同时通过改变边部变厚度曲线能够改善边部损伤问题,有效提高不锈钢板带成材率及产品质量.

纵向变厚度(LP)矩形钢板弹性屈曲系数的理论分析

纵向变厚度(LP)钢板因适应现代化建筑超高层及大跨度的发展使用需求,将广泛应用于工程结构中。因LP钢板几何形状的特殊性,其局部屈曲变形更容易发生在靠近薄端的位置,并且钢板局部稳定性能与相同受力状态下的等厚度钢板差异较大,需要进行深入研究。基于能量原理,采用Galerkin和Rayleigh-Ritz法(GRM),对单向均匀受压荷载作用下四种不同边界条件下的矩形LP钢板的弹性屈曲系数的计算公式进行了理论推导,并采用ANSYS有限元软件验证了公式的正确性。最后得到了不同厚度放大系数下,四种边界条件下的矩形钢板的弹性屈曲系数与钢板长宽比的关系曲线图,进一步为LP钢板的工程应用提供理论指导和设计依据。

变厚度轧制过渡区的数学模型

为了实现变厚度过渡区轧制形状尺寸的精确控制,本文提出了四种类型过渡区,并建立了四种类型过渡区曲线的数学模型,分析了差厚板过渡区轧制中轧辊中心运动轨迹,建立了过渡区轧制轧件出口水平速度与轧辊垂直压下速度的匹配关系。带有直线主导型过渡区的差厚板应用于上汽集团汽车仪表板横梁钢管的制作,取得了良好的减重效果。按照本文给出的理论与方法控制过渡区厚度,其实测厚度结果与设定值符合很好,其最大偏差为0.056 mm,偏差标准差为0.014 mm。研究结果对加快国产差厚板在汽车轻量化中应用提供了参考。

变厚度叶片对离心压缩机结构强度和性能影响

以国内某大流量离心式压缩机首级叶轮为研究对象,采用数值模拟方法研究了变厚度叶片对离心压缩机结构强度和性能的影响.应用CAD软件Solidworks对9种变厚度叶片的闭式叶轮进行三维实体造型,运用有限元软件ANSYS进行静态应力分析,并利用计算流体动力学软件CFX进行叶轮内部流场分析.重点比较分析了叶轮最大von Mises应力的差异,以及叶轮内部流场性能的不同.计算结果表明:叶片厚度分布对离心压缩机的结构强度和性能具有较大影响,且叶片后缘厚度的适当增加可以显著提高压缩机闭式叶轮的结构强度和气动性能.分析结果可为大流量离心压缩机及大型核主泵叶轮结构的优化设计与性能提高提供理论依据.

带材周期变厚度轧制控制系统开发

对单机架四辊冷轧机控制系统软件进行改造,在原有基础上增加周期变厚度轧制功能.为了适应带材轧制过程中辊缝的周期性变化,控制系统对机械设备参数、检测仪表设置提出特殊要求,开发了轧件微跟踪、周期变厚度监控AGC、变张力、变速度周期轧制等重要控制功能.利用改造后的控制系统进行轧制实验,实现对周期变厚度带材的轧制,获得了很好的轧制效果,轧制精度高,周期长度准确.轧制控制系统满足轧制要求.

变厚度曲面构件超声检测灵敏度补偿

为了解决变厚度曲面构件超声检测灵敏度补偿问题,提出声场计算与试验测量相结合的补偿方法.描述了单个高斯声束在介质中传播及穿透曲界面时的声场变化,根据自动探伤时探头位置、工件厚度和形状,利用多元高斯声束叠加方法,推导出水浸穿透法超声检测系统接收声场模型.在实际应用中,考虑介质吸收、散射引起的衰减,衰减系数通过试块插入取代法测量出.采用修正后的接收声场模型可以预测不同检测参数下的接收声压,准确计算出各点接收声压的衰减,进行灵敏度补偿.试验结果验证了该方法的正确性和实用性.

变厚度壁板损伤容限特性研究

从损伤容限设计概念出发,进行了变厚度壁板的裂纹尖端应力强度因子、剩余强度、裂纹扩展寿命分析,充分讨论等重量设计原则下变厚度壁板的可靠性、安全性,提出变厚度壁板损伤容限设计原则。给出的变厚度壁板应力强度因子是由基本构型因子组合而成,由此可以直观地看出各参数地影响,同时为工程应用中获取应力强度因子提供简洁有效的途径。

变厚度碳纤维复合材料孔隙率超声衰减模型

根据超声波透射法检测原理,在一定的假设基础上,针对层数不同的层板碳纤维复合材料,建立了孔隙率与材料层数、超声衰减量的关系模型,利用5组不同层数样本试块的孔隙率和超声衰减量的试验数据,给出了基于模型的孔隙率拟合公式。分析和试验结果表明,拟合公式具有一定的精度,满足工程检测的要求。该模型可用于检测同批次下不同层数复合材料的孔隙率,且不需要制备大量的试验样本,既方便快捷又节约成本。在此基础上,对模型进行了修正,建立了变厚度层板复合材料孔隙率与材料厚度、超声衰减的关系模型,并对模型进行了讨论,该模型适合于大曲率半径结构件。

变厚度轧制轧件水平速度变化规律

为了揭示变厚度轧制过程轧件水平速度与轧辊垂直移动速度之间的关系,从分析变厚度轧制微元体变形入手,利用体积不变条件,建立了变厚度轧制变形区轧件水平速度关系微分方程(VGR-V方程).在给定的边界条件下对VGR-V方程进行了求解,得到了计算变形区轧件水平速度的表达式,同时验证了变厚度轧制同一时刻变形区轧件各断面秒流量不相等.给出了变厚度轧制过程的轧件水平速度分布的典型算例,从中可见各工艺参数对轧件水平速度的影响规律.该研究结果为变厚度轧制变形参数和力能参数求解提供了基础.

基于声束追踪的变厚度曲面工件超声探头位姿规划

针对传统变厚度曲面工件穿透法自动超声检测时各检测点声压变化大、信噪比低等问题,将多元高斯声束叠加声场建模方法引入曲面工件超声检测系统,建立接收声场数学模型,分析了检测参数对接收声压的影响,仿真与试验表明接收声压对探头姿态十分敏感,常规方法中探头位姿与声束路径间存在的小角度不可忽略,提出了基于声束追踪的探头位姿规划方法。针对双三次B样条曲面工件,先以常规方法确定发射探头位姿,然后从发射探头开始,追踪系统中声束,确定接收探头位姿。实际应用表明,与常规方法相比,基于声束追踪的探头位姿接收到的信号强、信噪比高,检测更精确。