钢-混组合桥梁栓钉腐蚀疲劳失效及力学性能退化机理试验研究

腐蚀环境中钢-混组合桥梁的栓钉连接件可能因腐蚀-疲劳耦合作用而劣化,为此设计制作3组10个栓钉推出试件,分别进行腐蚀后的静力、疲劳性能试验和腐蚀-疲劳耦合试验,研究栓钉的腐蚀-疲劳失效及力学性能退化机理。结果表明:腐蚀作用使得栓钉抗剪刚度显著退化;腐蚀-疲劳耦合作用下栓钉疲劳寿命明显低于腐蚀后疲劳寿命;栓钉初始疲劳裂纹产生于钉杆靠近焊趾截面的剪力作用侧,以剪切裂纹扩展为主,当疲劳裂纹或腐蚀疲劳裂纹发展至约1/2栓钉直径后,栓钉在拉-剪组合应力作用下断裂;影响栓钉损伤发展速率的主要因素为荷载比、腐蚀速率及腐蚀-疲劳耦合作用;腐蚀-疲劳耦合作用下栓钉抗剪刚度退化速度大于疲劳单独作用下,抗剪刚度退化包括快速退化和缓慢退化2个阶段,前一阶段约占栓钉腐蚀疲劳寿命的20%。

水泥钢渣稳定土的路用性能研究与工程应用

在道路材料中应用钢渣是钢渣规模化消纳的重要途径之一,水泥钢渣稳定土是一类新型路面基层材料。本文针对水泥剂量、钢渣掺量对水泥钢渣稳定土抗压强度以及劈裂强度的影响进行了研究,同时还探讨了钢渣掺量对水泥钢渣稳定土干缩性能的影响。结果表明:随着钢渣掺量的增加,水泥钢渣稳定土的无侧限抗压强度和劈裂强度逐渐提高,折压比先增加后降低,干缩系数逐渐降低;随着水泥剂量的提高,水泥钢渣稳定土的28、90 d无侧限抗压强度和劈裂强度逐渐提高,水泥剂量提高至5%(质量分数)时,折压比出现一定幅度的降低。采用配合比(质量分数)水泥外掺5%,钢渣掺量60%,土掺量40%进行工程应用研究,试验段经过现场检测,工程应用效果良好,具有较好的经济效益。

Fe-Mn-Al-C系高Mn-Al轻质钢研究进展

Fe-Mn-Al-C系轻质钢以其低密度和高强韧性在车辆、交通运输、航空航天和发电厂等零部件的结构材料应用领域中受到广泛关注。基于当前Fe-Mn-Al-C系轻质钢的研究成果及其表现出的优异性能,综述了Fe-Mn-Al-C系高Mn-Al轻质钢在成分设计、显微组织特征和力学性能以及应用性能等方面的研究进展,重点阐述了轻质钢强韧化机制、力学性能和应用性能特点,并结合目前国内外学者对Fe-Mn-Al-C系高Mn-Al轻质钢的最新研究成果进行了展望。该系轻质钢的强韧化机制与析出相(MC型碳化物、κ-碳化物、B2和DO 3粒子等)的析出机理及其对轻质钢强韧化机制的影响机理和析出相对该系钢的氧化性、腐蚀性和耐磨性等各项应用性能的作用机制是今后该系轻质钢的重要研究方向。开展析出相可控析出研究有助于突破新一代钢铁材料增强增韧技术瓶颈,加快其实际应用。

38SiMnVB弹簧钢的强韧化与应用研究

38SiMnVB钢是超高强度新型弹簧钢,大量应用于汽车悬架弹簧上,应用难点是在超高强度下保持较高的塑韧性。重点研究了38SiMnVB弹簧钢回火转变过程中的组织变化和对力学性能的影响。试验结果表明,马氏体的回火转变是时间过程,不同的回火时间对应着马氏体的分解和不同碳化物类型之间的转变,对钢的力学性能和断裂机制产生了明显影响。可通过控制回火温度和时间获得高强度和高韧性,使钢得到强化与韧化。

Fe-Mn-Al-C系列低密度高强钢的研究现状

随着节能环保和经济性的驱动,汽车轻量化已成为汽车行业的迫切需求,Fe-Mn-Al-C系列低密度高强钢因具有低密度与优异的力学性能而受到了学者们的关注。Fe-Mn-Al-C系列低密度钢的出现最早可以追溯到1933年,直到1958年,Fe-Mn-Al-C系列低密度钢才被用于取代Fe-Cr-Ni系列不锈钢(添加过多昂贵的Ni和Cr元素)。目前,Fe-Mn-Al-C系列低密度钢在汽车行业是一种具有高轻量化潜力的钢种,其中添加的Al元素会导致合金密度和杨氏模量的降低。每添加1%(质量分数)的Al,钢密度降低1.3%,杨氏模量降低2%。同时,大量Al、Mn和C元素的添加导致Fe-Mn-Al-C系列钢的冶炼和连铸、成形性和焊接性、微观结构演变和变形机制等与传统钢种大不相同。Fe-Mn-Al-C系列低密度高强钢按合金的成分以及室温下主要的组成相,可分为四类:单一铁素体钢、铁素体基双相钢、奥氏体基双相钢和奥氏体钢。单一铁素体钢拥有200~600 MPa级别的抗拉强度,这与常规的高强度低合金钢(HSLA钢)类似,属于第一代先进高强度钢(1G-AHSS)范畴。铁素体基Fe-Mn-Al-C系双相钢是另一种有潜力的轻量化钢材,其具有较低的合金含量,可以利用铁素体的塑性变形以及残余奥氏体所产生的TRIP或TWIP效应来提高钢的强度与塑性。铁素体基Fe-Mn-Al-C系双相钢与第一代先进的高强度钢相比,具有更优异的强度和延展性,其性能的上限属于第三代先进高强度钢(3G-AHSS)范畴。奥氏体基双相钢与铁素体基双相钢类似,但其合金含量高于铁素体基双相钢,性能的下限属于第三代先进高强度钢(3G-AHSS)范畴。奥氏体Fe-Mn-Al-C系列钢在性能和加工方面是又一个有前途的钢材。奥氏体钢主要组成相为奥氏体、少量的铁素体和κ型碳化物。奥氏体钢的力学性能由奥氏体的变形以及碳化物-奥氏体的相互作用共同决定。奥氏体轻钢的拉伸性能与高锰TWIP钢相似,强度为600~1 500 MPa,塑性可达到30%~80%(甚至可达~100%),属于第二代先进高强度钢(2G-AHSS)范畴。随着钢中Al的添加,Fe-Mn-Al-C系列低密度高强钢层错能(SFE)增大,并析出短程有序(SRO)相和κ型碳化物。高SFE的低密度Fe-Mn-Al-C钢具有多种变形机制,如新型的微带诱导塑性(MBIP)、动态滑移带细化(DSBR)和剪切带诱导塑性(SIP)变形机制以及普遍的相变诱导塑性(TRIP)和孪生诱发塑性(TWIP)变形机制。这些变形机制与Fe-Mn-Al-C钢内的B2及DO3型的有序相、均匀排列的纳米级κ型碳化物、位错滑移、孪晶和相变等有关。其中晶粒内κ′-碳化物析出是含有大量Al和C的奥氏体Fe-Mn-Al-C钢独特的强化机制。然而,由于目前对Fe-Mn-Al-C钢应用性能相关知识的缺乏,其在汽车中的应用仍然不普遍。最重要的原因是这一系列低密度高强钢具有高的Al含量导致其杨氏模量降低,以及高的Mn含量导致其冶炼、连铸和加工难等问题。因此,未来的发展必须集中在提高低密度高强钢的杨氏模量,且将其低合金化和易加工的策略方法上。相信改进后的Fe-Mn-Al-C体系低密度高强钢必将大大推动其在汽车中的应用。本文概述了Fe-Mn-Al-C体系低密度高强钢的研究现状及进展,介绍了Fe-Mn-Al-C体系低密度高强钢的成分设计及其中合金元素的作用,分析了Fe-Mn-Al-C体系低密度高强钢的微观组织特征,揭示了Fe-Mn-Al-C体系低密度高强钢的强韧性形成机理、层错能、物理及力学性能,并讨论了Fe-Mn-Al-C体系低密度高强钢的应用性能。最后,提出了未来Fe-Mn-Al-C体系低密度高强钢的研究方向。

粘贴钢板加固裂损木梁受力性能试验研究

纵向干缩裂缝是既有木梁中常见裂缝,对木梁受力性能影响较大.本文在综合比较多种加固方法后,拟采用粘贴钢板方法对严重裂损木梁进行补强加固.结合3个采用不同厚度钢板加固裂损木梁试件和1个未加固对比试件的试验研究,对粘贴钢板加固裂损木梁的传力机理和破坏形态进行了分析.试验研究结果表明,采用粘贴钢板加固技术能有效阻止既有纵向裂缝开展、有效提高裂损木梁承载能力和刚度,适合于裂损严重且不易更换的既有裂损木梁的补强加固.进一步结合试验结果,初步建立了粘贴钢板加固裂损木梁的承载能力计算方法.

装配式核心钢管混凝土柱轴压性能及受力机理

提出一种装配式核心钢管混凝土(PCSTRC)柱建造技术,实现混合框架结构的柱-柱快速拼装,并完成4个足尺框架柱试件的单向轴压试验,包含1个整浇RC柱、1个整浇核心钢管混凝土(CSTRC)柱和2个PCSTRC柱试件。最后,在受力分析的基础上,提出PCSTRC柱的轴向荷载-变形曲线理论模型。研究结果表明:整浇CSTRC柱轴压承载力和极限变形相对整浇RC柱分别提高27.6%和25.6%。PCSTRC柱承载力高于整浇RC柱且随核心钢管配钢率增加而增加,最大提高21.7%;PCSTRC柱的极限变形比整浇RC柱最大提高了29.2%,但轴压刚度略低于整浇试件;在相同核心钢管配钢率下,PCSTRC柱轴压承载力比整浇CSTRC柱降低15.7%,极限轴向变形基本相同;PCSTRC柱整个轴压受力过程分为弹性、塑性发展和承载力衰减3个阶段;弹性和塑性发展阶段可忽略套管约束作用,按照普通CSTRC柱进行设计;承载力衰减阶段应考虑套管对核心钢管混凝土部分的附加约束作用进行残余承载力计算。

双弧形钢与销轴接触方式对横向钢阻尼装置力学性能的影响

对首次应用于商合杭(商丘—合肥—杭州)高速铁路桥梁的横向钢阻尼装置进行了有限元分析,并结合力学性能试验验证了分析结果的准确性。研究结果表明:横向钢阻尼装置的双弧形钢与销轴之间应采用滑动摩擦接触方式,同时需采取必要措施防止滑动摩擦失效,以避免双弧形钢过早遭到破坏;双弧形钢的通孔与销轴之间应设置适当的间隙,以利于横向钢阻尼装置生产安装与后期维护,提高其在工程应用中的稳定性及可靠性。

重型汽车少片变截面钢板弹簧新材料的研究与应用

针对重型汽车少片变截面钢板弹簧材料存在的问题,研制了少片簧用新材料50CrMnVA钢。介绍了50CrMnVA钢的试制过程及其性能,并对其进行了组织结构与强韧化机理分析。分析表明,该材料具有高强度、高塑性和优良的工艺性,可满足少片簧材料的各项性能要求。台架试验表明,50CrMnVA钢制少片簧的台架疲劳寿命是技术标准要求的数倍,最高达70万次以上;道路试验表明,50CrMnVA钢制少片簧可满足重型汽车使用要求。

超高性能混凝土掺合料应用综述

超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)具有高强、高韧和耐腐蚀等特性,前景广阔。高水泥含量是导致UHPC经济效益低、环境污染重和能源消耗高的重要因素之一,限制了其广泛应用。相较于水泥,硅灰、粉煤灰、粒化高炉矿渣、石灰石粉和偏高岭土及稻壳灰等掺合料的CO_(2)排放与能耗更低,作为工业或农业废弃物来部分替代水泥,配置低水泥用量UHPC意义重大。在UHPC特有的超低水灰比条件下,各掺合料的理化性质差异明显,水化过程中可同时产生一种或多种效应,包括增塑效应、微集料效应、火山灰效应、形态效应和温峰削减效应,综合对比各掺合料水化结果,硅灰和粉煤灰对UHPC产生的影响最为突出。合理的单掺对减小基体孔隙率、优化孔结构,提高UHPC工作性能、力学性能和耐久性能效果显著,多掺形成的多元复合胶凝体系可相互促进原材料之间的水化耦合,弥补高含量单掺替代水泥引起的稀释或增稠等缺陷,制备出更高品质的UHPC。可见,深入揭示掺合料在UHPC中的应用对于完善现有的堆积理论模型,高效利用原材料和废物再利用至关重要。

高空大悬挑主桁架式钢模架受力性能试验研究

北京市亦庄移动硅谷创新中心项目2号、3号楼,地上25层,结构高度101.70m,在24层、93.70m高以上为长悬挑现浇混凝土结构,该悬挑结构施工需要具有足够刚度和承载力的支撑平台。提出了一种以主体结构型钢混凝土柱为支点的高空大悬挑主桁架式钢模架,进行了1:3缩尺模型的受力性能试验研究,分析了承载力、刚度、屈服机制及损伤演化过程,利用SAP 2000软件进行了受力全过程数值模拟,施工过程中进行了现场监测。结果表明:该平台采用主桁架式结构体系,受力合理,具有足够的刚度和承载力;主体结构型钢混凝土柱与主桁架连接节点工作可靠;数值模拟所得荷载-位移曲线与试验结果符合较好;由试验结果按模型律所得原型的最大挠度与现场实测最大挠度符合较好。

Q690高强钢梁火灾后承载性能研究

为探究Q690高强钢梁火灾后的破坏模式和承载性能,对6根经历650℃高温加载后自然冷却的Q690高强钢梁进行了试验研究。试验结果表明,残余变形对火灾后Q690钢梁的破坏模式和极限承载力均有显著影响;Q690高强钢加热到650℃后自然冷却,其材料性能几乎无变化,仅屈服强度略有降低。在试验的基础上,建立有限元模型并完成校准,进行大规模参数分析,拟合得到火灾后高强钢梁的整体失稳承载力计算公式。拟合公式与规范计算结果和试验数据的对比表明,提出的公式具有足够的精度、合理性和安全性。

我国钢丝绳抽油杆的研究与应用状况

对我国油田使用的钢丝绳抽油杆的研究与应用进行了分析,介绍了钢丝绳抽油杆的技术性能及使用特点。结合现场使用情况说明了钢丝绳抽油杆可以提高泵效、增加产液量和节省电能,认为钢丝绳抽油杆的研究与应用还存在有待解决的问题。

车用生物燃料应用性能仿真研究进展

车用生物燃料是可再生替代能源之一,仿真研究是车用生物燃料应用研究的主要方法,燃烧放热规律及内燃机条件下的燃烧排放生成过程是车用生物燃料应用仿真研究的重要内容,研究成果对生物燃料的提质改性及推广具有重要意义。基于当前车用生物燃料应用仿真研究成果,阐述了燃烧化学反应机理以及内燃机燃烧条件下计算流体动力学仿真研究的发展,分析了生物燃料燃烧机理构建与简化的技术思路以及机理简化成果,梳理了耦合化学反机理的CFD仿真模型在生物燃料的应用进展;进一步指出基于生物燃料多组分特征的燃烧化学反应机理的构建及机理简化是应用仿真研究的重要基础,内燃机工作条件下燃料多组分特征对燃烧和排放性能的影响是深入开展仿真研究的重要方向。

不锈钢材料扩张网拉伸试验研究

不锈钢扩张网材料,具有良好的耐久性和耐腐蚀性,目前已经广泛应用于建筑工程的墙面结构、围墙拦网、隔离栏栅等领域。文中将针对某实际工程中具体的扩张网形式,对不锈钢扩张网进行拉伸试验,通过观察试验现象,分析试验数据等工作,研究其承载能力和破坏机理。

考虑蒙皮效应的轻钢结构力学性能分析

利用有限元程序ANSYS对有蒙皮支撑的单层轻钢框架结构进行了考虑几何非线性的有限元分析,在此基础上,对影响结构力学性能的主要因素:蒙皮板的厚度、框架柱的长细比及山墙支撑截面面积等进行了参数分析。结果表明:增加蒙皮板厚度对提高结构的整体刚度,减小结构在荷载作用下的侧移是有效的,对减小结构的应力及内力有一定作用;在结构允许的长细比范围内,由于蒙皮板的存在,使结构在长细比增加的情况下,结构的变形和应力增长的幅度较为缓慢,而内力逐渐减小;山墙支撑从无到有,对结构的影响较大,使结构的侧移、应力及内力明显减小,只是在支撑构件截面面积增大到一定程度后,对结构的影响才相对减缓。因此,在实际工程中,应该重视且合理地考虑山墙支撑的作用。通过以上参数分析得到的初步结论,可供工程实践参考使用。

热处理工艺对60Si2CrVAT力学性能的影响

60Si2CrVAT 是铁道部货车转向架专用弹簧钢,该钢种不仅要求强度高,而且塑性指标要求也很高,力学性能合格难度比较大,针对淮钢产60Si2CrVAT 钢,采用不同的热处理工艺,研究不同热处理工艺对力学性能的影响,优化60Si2CrVAT 热处理工艺。

高强韧性弹簧钢38SiMnVBE在提速铁路货车转向架上的应用探讨

介绍了当前铁路系统对提速铁路货车转向架用弹簧钢与弹簧产品的一些要求及现状,同时分析了新型弹簧钢———38SiMnVBE的特性及其在高性能弹簧产品上的应用与试验情况,并探讨了其在提速铁路货车弹簧上推广应用的可行性。

钢管混凝土叠合柱-混凝土梁节点滞回性能的有限元分析

在考虑往复荷载作用下混凝土材料的刚度损伤和恢复,以及钢材的包辛格效应的基础上建立了钢管混凝土叠合柱-钢筋混凝土梁节点在柱端恒定轴压力和梁端往复侧向力共同作用下的有限元分析模型。有限元模型考虑了几何非线性和材料非线性的影响,并合理考虑了节点核心区各组件之间的接触作用。采用有限元模型模拟了4个组合节点试件的滞回试验,计算的破坏模态和荷载-位移滞回曲线均和试验结果吻合良好。在此基础上,利用该模型对节点受荷全过程的工作机理进行了分析,细致剖析了节点区各部件的应力、应变发展状态以及节点的破坏机理。此外,还对节点的滞回性能进行了参数分析,研究了各重要参数如核心区构造、楼板、柱轴压比和梁抗弯能力等对其荷载-位移关系曲线和极限承载力的影响规律。研究结果可为此类组合节点的工程抗震设计提供参考和依据。

钢阻尼器考虑水平2方向变形的简化滞回模型研究

为了简单有效地模拟钢阻尼器在考虑水平2方向变形时的滞回性能,基于多重剪切弹簧力学模型和Menegotto-Pinto(MP)滞回模型提出一种改进的多重剪切弹簧(Modified Multi-Shear-Spring,MMSS)模型。将MP滞回模型作为MMSS模型中各弹簧的滞回曲线,其基本力学参数由钢阻尼器多方向的弹塑性变形性能确定,形状参数通过优化计算确定。以常用的U型钢阻尼元件为例,通过在单向循环位移、水平2方向规则循环位移以及随机位移下MMSS模型与阻尼器滞回曲线的比较,验证了提出的MMSS模型能较精确地模拟U型钢阻尼元件在考虑水平2方向变形时的滞回性能,为钢阻尼器的地震反应分析提供了一种简便的计算方法。