基于DBSCAN算法与GMM理论的铝合金板孔边疲劳裂纹萌生监测

针对航空结构中多孔铝合金板在疲劳载荷作用下的孔边裂纹萌生监测问题,以光纤传感系统为基础结合小波分解、含噪声的密度空间聚类以及高斯混合模型,提出了一种孔边裂纹萌生监测方法。首先以光纤光栅传感系统采集循环加载条件下多孔铝合金板孔边裂纹萌生至结构断裂全程中孔边微应变并构建孔边微应变曲线。对孔边微应变曲线进行小波分解,得到微应变曲线的低频分量与高频分量,并以低频分量最小值及高频分量突变作为孔边裂纹萌生特征。在分析裂纹萌生时引入DBSCAN算法与GMM理论用于计算孔边裂纹萌生时的疲劳加载循环数并进行比较与分析得到多孔铝合金板孔边主裂纹的萌生位置以及孔边主裂纹裂纹萌生时的疲劳加载循环数。试验结果表明:此监测方法能够准确定位出孔边主裂纹的萌生位置,计算孔边主裂纹萌生时的疲劳加载循环数,且疲劳加载循环数计算误差在5%以内。在未来可应用于全机地面疲劳试验、结构健康监测等多种场景。

钢板边裂缺陷原因分析及整改措施研究

利用金相显微镜、扫描电镜、能谱仪等相关试验手段,研究了钢板边裂缺陷原因,结果表明:引起钢板边裂的原因基本分为四种:夹杂物引起的边裂,钢板边部脱碳严重引起的边裂,横向冷却不均匀引起的边裂和聚集的气泡引起的边裂。针对相关原因通过采取优化炼钢工艺、连铸工艺、加热炉加热工艺以及轧制段横向冷却工艺等措施,板坯边裂缺陷率由原来的30%,降至5.1%,减少了切边量。对实际生产及质量异议钢板处理具有一定指导意义。

冷轧钢板表面缺陷的种类及形成原因

对冷轧钢板生产中出现的表面缺陷进行了分类,主要分析了孔洞类、氧化铁皮压入类、边裂类、起皮类等缺陷的主要待征及产生的原因;明确了相关缺陷产生的影响因素,并提出了相应的预防措施。

厚板柱钢框架梁柱节点对断裂韧性的要求

为了研究厚板柱钢框架梁柱节点对材料断裂韧性的要求,进行了三维弹性和弹塑性断裂力学有限元计算.以裂纹尖端的应力强度因子KI和JI为评价指标,分析了焊接工艺孔形式、梁翼缘削弱或加强和初始裂纹位置等因素对梁柱节点断裂韧性的不同要求.结果表明:美国北岭地震后改进的焊接孔B对断裂韧性的要求最低,而我国《建筑抗震设计规范》规定的焊接孔D对断裂韧性的要求相对较高;与标准型节点相比,梁翼缘削弱或加强型节点能显著降低对断裂韧性的要求;当焊接高匹配时,热影响区裂纹比焊根裂纹更易于扩展,并导致节点的断裂破坏.钢框架梁柱节点断裂评估定量方法为节点防断设计中钢材与焊材的选材、焊接孔与节点形式的选用提供了参考.

Q235B钢热轧板带孔洞及边裂缺陷成因分析

采用宏观分析、化学成分分析、金相检验以及能谱分析等方法,对某钢铁公司生产的Q235B钢热轧板带中部孔洞和边裂缺陷的成因进行了分析。结果表明:该类热轧钢板的中部孔洞和边裂缺陷是由于连铸工艺出现异常,造成连铸板坯边部产生表层气孔以及中部产生较严重的硫偏析,从而使钢板中部生成了大量的条带状硫化物,特别是低熔点FeS的生成导致了中部孔洞缺陷的产生;而连铸板坯边部的表层气孔在轧制过程中导致了边裂缺陷的产生。

结构钢断裂试验研究

为了寻求结构钢断裂机理,对10个开孔板试件进行了拉伸断裂试验,其结果表明,大部分试件第1条裂纹的出现与整个试件的宏观断裂几乎为同一时刻,变形较为明显,主要集中在孔的两侧.圆孔开孔板试件(R)的试验结果均匀稳定,长圆孔开孔板试件(LR)差异较为明显,对于长圆孔开孔板试件(LR)所出现的这种现象需做进一步的试验研究.总之,此次试验为结构钢断裂机理和抗断准则的研究提供了较为可靠的试验依据.

热轧桥梁钢板表面边部裂纹的研究

通过成分分析、宏观裂纹检验、裂纹显微组织以及能谱的分析对工业生产的Q235B热轧板存在边部裂纹的原因进行了分析。结果表明:低熔点夹杂物及夹渣是导致裂纹形成的主要原因。通过对夹杂物和S含量的控制及铸坯的均热模式的改进,减少或避免裂纹的存在。

宽厚板高碳钢边部裂纹缺陷控制

分析了鞍钢股份有限公司鲅鱼圈钢铁分公司厚板连铸机高碳钢钢板边裂缺陷的产生原因,采取优化结晶器锥度和二次冷却强度、提高扇形段接弧精度和结晶器足辊接弧精度等措施后,高碳钢钢板边裂发生率仅为0.95%。

船板钢表面小纵裂纹成因分析及控制

针对船板表面频繁出现小纵裂纹的问题,通过对铸坯表面及皮下质量的检查,取样进行金相分析,认为这类表面小纵裂纹主要是由于铸坯皮下气泡影响所致。通过强化脱氧、降低钢水过热度、避免原料受潮、加强保护浇注及结晶器缝隙密封,达到了控制小纵裂纹产生的目的。

薄板中孔边裂纹与独立裂纹的相互作用

研究有孔边裂纹与独立裂纹的薄板在远程受弯曲作用时的响应.利用叠加原理,将原问题转化为两个含有孔边裂纹的子问题,远程弯曲只存在于第一子问题.在第二子问题中,假定沿独立裂纹线的位置存在一个连续分布的角位错,使之在此处得到的面力与第一子问题所得到的相抵消,形成自由表面的裂纹,通过基于点位错解的奇异积分方程得到连续分布位错的解.给出了板弯曲问题基于位错密度函数的应力强度因子的表达式,求得孔边裂纹及独立裂纹应力强度因子的数值解,考察了薄板在远程弯曲时方形孔边裂纹和线裂纹的应力强度因子变化.

考虑附加孔效应的带止裂孔裂纹钢板补强效果

为进一步提升止裂孔的止裂效果,研究了附加孔及补强钢板组合作用下的钻孔止裂性能。通过建立带裂纹的1/4钻孔止裂模型,对比了不同附加孔角度、附加孔间距对止裂孔边应力分布的影响。在此基础上,分析了在附加孔的基础上粘贴补强钢板的可行性,并进一步研究了不同补强钢板布置形式、不同补强钢板厚度对钻孔止裂效果的影响。研究结果表明,附加孔角度为90°时对钻孔止裂效果的提升作用最明显。随着附加孔间距的降低,止裂孔边应力极值逐渐减小,但会逐渐产生新的应力集中区域。在附加孔的基础上粘贴补强钢板时宜确保补强钢板边缘与止裂孔、附加孔相切,且补强钢板的厚度宜为待补强钢板厚度的一半。

中等厚度开孔板和缺口板断裂试验

对中等厚度的10个中心开椭圆孔板件和10个单侧半椭圆缺口板件进行断裂试验,研究开孔和缺口尖锐度对中等厚度钢板断裂模式的影响。试验较精确地记录了全程载荷-位移曲线。试验结果显示:试件的第一条宏观裂纹起始于缺口顶端厚度中面,裂纹在厚度方向贯通后沿垂直加载方向迅速扩展,直至完全断裂。开孔或缺口愈尖锐的试件,其开裂延性愈差。开孔板试件宏观断裂荷载比缺口板试件明显要高。断口粗糙且有大量韧窝,断口暗灰色呈杯锥状,断裂形式为正断与剪断混合型。本次试验为研究中等厚度钢板断裂机理及抗断设防提供了较可靠的试验数据。

低合金结构钢板边部开裂原因分析及改进措施

分析了低合金结构钢板的边部开裂的主要原因,指出由于层流冷却的侧喷漏水使钢板边部急冷,导致形成了马氏体的异常组织,该组织的出现使钢板在冷矫过程中边部开裂。通过加强生产线的水系统管理,以及规范生产操作等改进措施,解决了钢板边部开裂的质量问题。

闭口肋正交异性钢桥面板应力分析

正交异性钢桥面板在车辆荷载作用下将产生极大的面外弯矩,由于桥面板与纵肋的相对厚度较小,这种面外弯矩将导致较高的弯曲应力进而使构件产生裂纹。用大型有限元分析软件ANSYS对正交异性钢桥面板在板-肋连接处的应力状况进行了数值计算。计算结果表明桥面板应力一般大于纵肋应力,可在横截面加设内横隔板以改善结构受力,同时帽孔尺寸不宜过大,设为25 mm较为合适。

切割工艺对1.5GPa级超高强度钢扩孔性能的影响

针对QP1500和TBF1470两种1.5 GPa级超高强度钢,分别研究了激光切割和线切割两种切割工艺对其扩孔性能的影响。结果表明,QP1500对切割工艺更为敏感,采用激光切割加工边部时扩孔性能显著降低,而TBF1470对切割工艺并不敏感。通过分析切割边部显微硬度和EBSD结果发现,采用激光切割时,试样边部经历局部高温并迅速冷却至室温的过程会产生大量淬火态马氏体组织,这是导致QP1500边部硬度提高从而扩孔性能降低的主要原因。通过基于数字图像相关技术的拉伸实验,进一步研究了切割工艺对QP1500和TBF1470单向拉伸性能的影响。结果表明,采用激光切割时QP1500试样的总伸长率和断裂应变较采用线切割时分别减小了11.59%和44.44%,而TBF1470单向拉伸性能几乎不受影响。采用180℃/20 min烘烤工艺对QP1500激光切割试样进行处理后,单向拉伸性能显著提升,达到与线切割试样相持的水平。

孔洞对单边裂纹板裂纹扩展方向的影响

平板内孔洞产生的应力集中会对板内裂纹扩展路径产生"吸引"作用,使其偏离原来直线方向。运用扩展有限元法研究了单边裂纹板内单孔洞的位置和大小对应力集中和裂纹扩展路径的影响以及双孔洞单边裂纹板内裂纹的扩展情况。同时引入应力影响系数来表征开孔边缘处应力对裂纹扩展路径所产生"吸引"作用的强弱,结果表明,在同一模型中应力影响系数的变化趋势和裂纹扩展路径偏转角的变化趋势一致。

钢板剪切边开裂原因分析及改进剪切质量的措施

针对钢板原始剪切边在用户再加工过程中产生边部开裂的问题,采用钢板纵向样进行了实验室模拟试验,分析认为,边部开裂的主要原因是钢板原始剪切面剪切弯钩、毛刺引起的应力集中及再加工工艺不当。剪切间隙、重叠量调整、剪切温度、剪切力、剪切量等因素都影响钢板的剪切质量。结合安钢实际情况,采取新上风雾冷却装置,降低钢板剪切温度,优化剪刃重叠量、水平间隙调整工艺及热态毛边放尺量等措施,提高了钢板剪切质量,减少了质量异议。

钢桥面板横隔板疲劳裂纹维修对未开裂侧的影响

针对不同止裂孔孔径、补强钢板厚度下的疲劳裂纹修复后应力特征,采用数值模拟的方法,建立了不同维修参数下的有限元模型进行了探究。通过提取各工况下右侧横隔板-U肋连接焊缝焊趾部位2条路径上主拉应力进行对比,得到了横隔板-U肋构造细节左侧维修后对右侧重点开裂部位应力的影响。研究结果表明:未维修前,左侧横隔板焊趾裂纹在0~20 mm区间内扩展时,右侧焊趾处的应力水平增幅显著;钻孔止裂法不能有效降低右侧焊趾处开裂的风险。使用较大孔径的止裂孔维修后,右侧焊趾应力会超出维修前的水平,右侧开裂风险加剧;钢板补强法可降低右侧焊趾应力至未开裂前的水平,建议使用与母材厚度相当的钢板进行补强维修,效果较为理想。

309L奥氏体不锈钢板热轧边裂缺陷成因分析和工艺改进

通过金相组织观察和热力学计算相结合的方式对309L奥氏体不锈钢板热轧边裂缺陷进行了分析。试验结果表明,309L钢(0.012%C,0.034%N)板坯热轧加热温度1260℃边部三角区存在大量网状铁素体,在后续加热过程中高温铁素体含量进一步升高,达到24%左右,导致塑性降低,轧制过程中产生边裂缺陷。通过控制钢中C含量0.015%~0.025%,N含量0.04%~0.05%,热轧板加热温度1150℃,使钢中铁素体含量降至10.7%,有效避免309L钢板边裂,板卷合格率达100%。

铸坯质量缺陷引起钢板边裂的特征及机理分析

采用SEM、EDS和金相显微镜研究了某钢厂钢板边部开裂缺陷的形成原因。结果表明:铸坯气泡、铸坯中间裂纹、铸坯纵裂纹是引起钢板边部开裂的主要原因。钢板开裂边缘附着一层高温氧化铁,附近分布着大量细小高温氧化圆点,且部分边裂缺陷存在脱碳现象。钢板边部开裂缺陷主要来源于铸坯质量缺陷,并在轧制过程中得到扩展。针对相关原因提出了相应的改进措施以降低边裂缺陷率,对实际生产具有一定的指导意义。