基于断裂力学的腐蚀钢丝疲劳S-N曲线研究

高强冷拔钢丝因其优异的力学性能被广泛应用于缆索承重结构,服役过程中钢丝腐蚀与断裂威胁着结构安全。钢丝腐蚀后表面的蚀坑因应力集中效应易产生疲劳裂纹,因此腐蚀钢丝剩余疲劳寿命主要取决于裂纹的扩展阶段,且裂纹扩展受到腐蚀程度(初始损伤)的显著影响。精确表征腐蚀程度并准确评估服役期钢丝腐蚀后的剩余寿命,仍是亟待解决的维修难题。首先采用蚀坑最大深度表征钢丝腐蚀程度,以应力强度因子幅作为裂纹扩展驱动力指标,基于断裂力学的Paris公式建立受拉钢丝裂纹扩展理论模型,进而推导腐蚀钢丝的疲劳S-N曲线。大量既有的腐蚀钢丝疲劳试验结果与理论预测值的比较验证了所提理论模型及疲劳S-N曲线的合理性和有效性。含多个蚀坑的钢丝裂纹扩展有限元模拟表明,等效单裂纹适用于多腐蚀坑钢丝疲劳寿命的简化分析。参数分析表明,蚀坑深度和腐蚀环境是腐蚀钢丝疲劳强度的关键影响因素,而应力比和疲劳加载频率影响较小,所提出的S-N曲线在钢丝常规服役条件下适用于评估其剩余寿命,可得到合理的预测结果。基于断裂力学所提的理论方法和疲劳S-N曲线可为腐蚀钢丝的疲劳强度和寿命评估提供参考。

超高强度钢丝多道次冷拉拔模拟及工艺优化

冷拉拔过程中钢丝塑性变形不均匀,拉拔后钢丝内部会产生明显的残余应力,这会极大影响钢丝的力学性能。本文利用Abaqus建立了超高强度钢丝多道次冷拉拔有限元模型,研究了模具半锥角、拉拔道次、定径带长度、摩擦系数对冷拉拔后钢丝残余应力的影响,并分析了各个工艺参数对钢丝残余应力及塑性变形均匀性的影响程度,在此基础上优化了拉拔工艺参数。

冷弯厚壁方管残余应力沿截面分布规律的研究

通过X射线衍射方法,测量冷弯厚壁方管弯角的不同深度、不同部位的残余应力,研究残余应力在弯角的不同深度、不同部位的分布规律。结果表明:方管外表面的横向、纵向残余应力都是拉应力,沿着厚度方向,两种应力皆呈下降趋势,由正变负,在内表面为压应力;沿厚度方向,方管的残余应力呈非线性分布。

高精度冷拔钢管残余应力的分析与消除

高精度冷拔钢管存在残余应力,车削加工会使其内径尺寸、直线度等发生变化。通过对高精度冷拔钢管残余应力的分析以及消除方法的试验,弄清了高精度冷拔钢管残余应力的分布状况,并给出消除高精度冷拔钢管残余应力的低温退火工艺的具体参数及实际效果。

冷弯方管纵向残余应力分布的数值分析

应用有限元数值技术,模拟了冷弯方管的辊弯成型与回弹过程中所产生的截面纵向残余应力分布,并分析了冷弯方管宽度、壁厚和钢材屈服强度等参数对其纵向残余应力分布的影响效应.研究表明冷弯方管纵向残余应力沿壁厚方向呈现非线性分布,外壁受拉、内壁受压,外壁与内壁在数值上基本相等;弯角部位和平板部分的纵向残余应力幅值分别达到冷弯方管钢材屈服强度的50%和45%;随着壁厚的增加,边长小的冷弯方管纵向残余应力有所提高,而边长大的冷弯方管这种趋势并不明显;随着边长的增大,冷弯方管纵向残余应力减小;随着冷弯方管屈服强度的变化,纵向残余应力与屈服强度的比值变化不大.

冷拔钢丝残余应力的研究综述

综述了近年来对冷拔钢丝残余应力的研究状况,阐述了残余应力的形成机理及对冷拔钢丝性能的影响,并重点介绍了衍射法和有限元法在计算冷拔钢丝残余应力中的应用.

轴对称与非轴对称截面冷拔棒材表面残余应力的比较

用物理测定法测定了矩形截面冷技型钢表面的残余应力，并与圆形截面冷拔型钢表面残余应力进行比较。提出用高温近火方法来改善矩形截面冷拔型钢表面残余应力的工艺探索。

残余应力对等截面H型钢梁屈曲性能的影响研究

以有限元分析软件ANSYS为工作平台,基于非线性板壳有限元理论,采用壳单元对等截面H型钢梁考虑双重非线性的全过程分析,从而对其屈曲性能进行深入的研究。通过变化构件腹板、翼缘的残余应力峰值,从荷载-位移曲线、承载力、变形的发展等方面入手,分析了残余应力对等截面H型钢梁屈曲性能的影响,获得了一些有价值的结论。

分步冷压对7050铝合金T形锻件残余应力的影响

采用有限元法研究了分步冷压对7050铝合金T形锻件淬火残余应力的影响,分析了冷压后锻件残余应力的分布规律,分析了摩擦系数对应力消减效果的影响。结果表明:T形锻件淬火残余应力呈“外压内拉”分布,筋条部位压应力达到-250 MPa,拉应力达到220 MPa,翼板部位压应力达到-250 MPa,拉应力达到210 MPa;冷压后,淬火残余应力大幅下降,锻件大部分区域残余应力分布在-50〜50MPa范围。当摩擦系数为0.3时,锻件冷压后残余应力平均消减率最高,达到63%,T形锻件整体残余应力均值和方差最小,整体应力分布更为均匀。

矩形截面冷拔棒材表面残余应力的消除

本文用物理测定法测定了短形截面冷技型钢表面的残余应力，并与圆形截面冷拔型钢表面残余应力进行了比较。提出了用高温热处理方法改善矩形截面冷技根表面残余应力的工艺。

冷拔钢管的残余应力测试与结果分析

分析盲孔法测量冷拔钢管表面残余应力的测试结果,得出冷拔钢管各工序表面残余应力的分布规律,并将理论分析结果与测试结果进行对比;根据应力分布测试结果,优化冷拔加工工艺;提出消除冷拔钢管有害残余应力的方法与措施。分析认为:等径冷拔工艺生产的冷拔钢管,其表面残余应力很小,均为压应力,材料的综合性能良好;两道次冷拔中间增加一次退火,对消除成品表面残余应力没有明显效果;总变形量不变的情况下,增大第一道次冷拔变形量,减小第二道次冷拔变形量,可得到表面残余应力更小的冷拔钢管。

高强冷弯厚壁C形钢冷作硬化及残余应力研究

国内在高强冷弯厚壁型钢的冷作硬化效应和残余应力分布领域的研究还十分有限,基础数据匮乏。针对这一问题,对高强冷弯厚壁C形钢展开研究,对其母板及冷弯型钢构件的材性进行拉伸试验研究,得到母板和型钢截面不同部位的屈服强度及断后伸长率等指标。研究结果表明:冷作硬化效应在弯角部位更明显;冷作硬化效应的强弱主要与母板屈服强度、母板强屈比、型钢弯角内半径及壁厚等因素有关。采用“切割法”对冷弯型钢的纵向残余应力进行研究,根据实测数据绘制残余应力沿型钢全截面的分布曲线,并研究影响残余应力分布的主要因素,在此基础上归纳出残余应力沿截面的分布规律,并提出相应的分布模型。

厚壁冷弯型钢残余应力分布的实验研究

冷作加工带来的冷加工残余应力的大小、沿截面分布状况、不同加工方式对残余应力的影响、残余应力自然时效情况以及如何高效低能去除残余应力等,对冷弯型钢产品能否应用到重大工程有至关重要的影响。尽管国内冷弯型钢厂生产冷弯方矩管、冷弯槽钢等冷弯产品已有不短的历史,但对产品的上述情况还不精确了解,导致长期供货中低端市场。为了探知以上问题,提高产品质量,合理使用产品,有效制定去除永久残余应力的消残制度,采用X-射线衍射法对国内某厂典型产品冷弯残余应力沿壁厚的分布情况进行了实验测量,获得了一些极其有价值的数据。

热轧和冷弯方矩型管比较实验研究

方矩形管通常由热轧或冷弯方式生产,虽然截面尺寸相同,但在弯角几何形状、残余应力、结构特性和承载力等各方面都有明显不同。本文记述了包含平面和角部拉伸试验、残余应力测试、几何变形测试、短节压缩试验以及简支梁和连续梁试验在内的一系列试验,并将试验结果同已有研究成果结合分析,我们看到冷弯方矩型管弯角部分的屈服强度和抗拉强度都较原材料性能有了明显的增加,这主要是由成形过程中的加工硬化所形成,对此我们提出了预测模型。通过分析短节压缩和弯曲试验结果,并对照欧标设计规范中关于长细比的规定,可以看到,规范中的限定值基本上是适用的。纵观试验,加工硬化所形成的性能变化是热轧和冷弯方矩型管结构特性的主要差异。

初始缺陷对冷弯薄壁腹板开孔C形钢梁稳定承载力的影响研究

冷弯薄壁型钢构件在制作安装过程中将会产生一定的初始缺陷,包括几何初始缺陷和力学初始缺陷。采用ANSYS程序分析了几何初始缺陷、冷弯残余应力及两者综合作用对冷弯薄壁腹板开孔C形钢梁稳定承载性能的影响。根据算例分析得到以下结论和建议:对于破坏形式为跨中截面受弯破坏的开孔梁,局部初始缺陷对其承载力几乎没有影响,可忽略局部初始缺陷的影响;对于破坏形式为局部屈曲破坏的开孔梁,需要考虑局部初始缺陷的影响,可取0.005倍的腹板高度作为初始缺陷峰值进行计算。冷弯残余应力对构件极限承载力影响较小,使构件整体刚度和稳定性略有降低。

GH4105合金冷拉棒材热处理开裂问题的失效分析

通过对GH4105合金冷拉棒材组织分析,力学性能试验,拉伸断口分析以及残余应力测试等方法,摸索出合金冷拉棒材热处理开裂原因:即棒材次表面存在的残余应力集中和细小缺陷,会在热处理过程中的热应力和残余应力作用下迅速向内扩展从而导致开裂。在此基础上提出合理可行的解决途径:即把冷拉棒表面碎晶层以及残余应力集中层有效去除。试验结果表明,热处理后合金棒材表面状态良好,未见宏观裂纹和开裂产生,棒材性能满足了零部件制造的技术要求。