搅拌头几何参数及倾角对搅拌摩擦焊接质量影响的数值分析

基于ABAQUS有限元软件,建立铝合金搅拌摩擦焊接过程的完全热力耦合模型,分析了搅拌头形状尺寸以及焊接倾角对焊接质量的影响.结果表明,与无焊接倾角和轴肩凹角的搅拌头相比,采用2°焊接倾角和80.5°轴肩凹角的搅拌头焊接时,热塑性材料流动性更好,焊缝成型质量更好;圆锥形搅拌针焊接质量要好于圆柱形搅拌针;焊接缺陷的产生主要是由于在焊接过程中热输入不足,前进侧达到热塑性流动的材料不足造成.     

AA6061-T6板材搅拌摩擦焊温度场仿真

基于摩擦产热机制对搅拌摩擦焊接过程瞬态温度场进行了仿真研究,发展了基于线能量的摩擦系数预测-修正方案,给出了平轴肩-圆柱针、凹轴肩-圆柱针、平轴肩-圆台针三种搅拌头的摩擦产热公式.将上述方案和公式通过ABAQUS软件的DFLUX子程序实现,对AA6061-T6铝合金板材搅拌摩擦焊接过程温度场进行仿真.仿真结果显示:基于线能量的摩擦系数预测-修正方案能够有效地反映摩擦系数随温度升高而减小的变化趋势;焊接最高温度随着轴肩凹角的增大而增大,随着搅拌针锥角的增大而减小.     

搭接接头焊接角变形产生的原因分析

运用固有应变法研究了六个固有应变分量分别对搭接接头焊接角变形的影响.采用热弹塑性有限元法计算出搭接接头的六个固有应变分量和角变形,并以各个固有应变分量作为边界条件,对搭接接头的有限元模型进行弹性分析,计算出各个固有应变分量对应的角变形.结果表明：搭接接头焊接角变形的产生主要是由焊缝及其附近区域与焊缝平行的平面内垂直于焊缝方向上不均匀分布的固有剪切应变分量引起的.     

机车焊接构架变形矫正的弹塑性有限元分析

基于数值仿真手段,对机车焊接构架变形的机械矫正过程进行了弹塑性有限元分析,得到了构架在侧梁焊接挠曲变形值为5 mm时,机械矫正需要施加的最大压力,矫正过程中结构的位移变化情况以及矫正结束后塑性应变的分布区域等结果.计算结果与实际经验基本吻合,表明在矫正之前的数值仿真对结构变形机械矫正的正确实施有重要的指导作用.     

水泥路面接缝传力杆周围混凝土损伤塑性分析

为揭示水泥路面接缝传力杆周围混凝土的受力特性与损伤机理,基于ABAQUS有限元软件,介绍了混凝土损伤塑性(CDP)模型及其参数确定方法,应用CDP模型模拟了混凝土试件单轴拉伸和压缩试验,通过对比模型试验结果验证了CDP模型参数的准确性;在此基础上,建立了接缝设置传力杆的水泥路面三维有限元模型,分析了在不同轴载作用下水泥路面接缝传力杆周围混凝土的塑性应变、损伤因子和等效应力的分布和发展规律,对比了采用CDP模型与混凝土弹性模型时传力杆周围混凝土的应力差异。分析结果表明:对于混凝土单轴拉伸、压缩试件,基于CDP模型的应力-变形全曲线模拟结果均与试验结果一致,说明CDP模型及其参数确定方法准确;对于接缝设传力杆的水泥路面,当荷载作用在接缝传力杆黏结端上方板边时,传力杆黏结端混凝土的受力最为不利;随着轴载的增大,传力杆黏结端底部混凝土率先发生损伤塑性,等效应力逐渐减小;当轴载从100 kN增大至250 kN时,传力杆周围混凝土塑性区范围从底部135°~225°扩展至60°~300°,底部150°~210°范围内混凝土发生完全损伤塑性而退出工作,等效应力趋于0,应力重分布导致更多的荷载由传力杆两侧和上部混凝土承担;若传力杆周围混凝土采用弹性模型,传力杆底部混凝土等效应力将不断增大而超过极限强度,因此,分析传力杆周围混凝土应力集中问题建议采用CDP模型。      

6082-T6铝合金双面搅拌摩擦焊焊接接头组织及性能

对6082-T6铝合金搅拌摩擦焊焊缝的组织和力学性能进行研究,采用搅拌摩擦焊(FSW)对厚度为30 mm的6082-T6铝合金进行双面对接焊,焊后沿板厚方向每隔4 mm切割试样,切割为7层,研究由焊缝表层至底部性能的变化.结果表明,焊缝整体的抗拉强度为199. 34 MPa,为母材的64. 3%,伸长率为7. 8%;第1层到第7层抗拉强度依次为203. 13、194. 20、182. 73、169. 40、179. 15、191. 58、202. 07 MPa;正面焊缝焊核区纵向0~15 mm的显微硬度分布为下降趋势,与之相同反面焊缝焊核区纵向0~15 mm的显微硬度分布也呈现下降趋势.上部轴肩产生的摩擦热自上到下不断降低,是造成中下部工件性能下降的主要原因.     

涡旋管分离器结构参数对其性能影响的数值研究

基于计算流体力学数值分析,通过改变涡旋管分离器单管的旋流叶片旋转角度、灰尘口大小、叶片后端轴长度和叶片轴直径,分析其不同结构对涡旋管分离器总压损失与分离效率的性能参数影响.数值计算结果表明,旋流叶片的旋转角度由160°增大到180°,总压损失增大了25.18 Pa,分离效率提高了3.6％;;灰尘口由1.5 mm增大到2.5 mm,总压损失增大了126.71 Pa,分离效率提高了6％;叶片后端轴长度和叶片轴的直径,对涡旋管分离器的总压损失影响较小.其中灰尘口的大小对总压损失与分离效率的影响最大.     

基于离心试验的边坡倾倒变形下弯折带演化特征

边坡倾倒变形过程中岩层弯折带的发育特征与演化规律是研究该类边坡变形破坏的地质过程与力学行为的关键. 为了揭示坡角变化对弯折带发育规律的影响,以澜沧江古水水电站坝前倾倒变形体为原型边坡,概化设计3组不同坡角的试验模型,通过离心模拟试验,尝试再现反倾层状岩质边坡倾倒变形的演化过程,分析边坡内部岩层弯折带的发育特征. 研究结果表明:边坡倾倒变形主要发生在倾倒折断基准面上方,基准面与层面法线的夹角位于12°～16°,该值不随坡角的改变而发生变化;边坡倾倒变形时,弯折带由坡脚开始以参差阶坎状的形式向坡顶延伸直至贯通,坡度陡的边坡会在一级弯折带上方的已倾倒岩体中产生新的次级弯折带,边坡倾倒折断模式由单级折断逐渐转为多级折断;弯折带孕育过程可概化为3个阶段:岩层弯曲变形、坡脚破裂-弯折带向坡顶延伸、弯折带贯通-坡体临界失稳;坡角变化对边坡倾倒变形发育特征有较大影响,随着坡角的增加,边坡倾倒变形范围扩大,程度加剧.      

中间夹层与碳钢和不锈钢复合板的制备工艺与性能研究

以Mg-Cu-Al合金作为中间夹层材料,研究了热轧法制备不锈钢/碳钢复合板的工艺,探讨了不同的实验轧制温度、轧制速度、中间夹层厚度、变形量以及二次轧制参数对其显微组织的影响,并对铝合金中间夹层两侧的扩散层的厚度、显微硬度及组织进行了测定,对复合板的拉伸及剪切性能进行了测试.实验结果表明,在首次轧制温度600℃~635℃,轧制速度8~24 mm/min,中间夹层厚度0.6~0.9 mm,变形量14%~28%,二次轧制温度660℃~680℃,轧制速度16~24 mm/min,变形量21%~35%工艺条件下,复合板碳钢侧扩散层厚度可达61μm,不锈钢侧扩散层厚度可达50μm,显微硬度达到HV0.0251 000;扩散层主要由Fe2Al5相组成;复合板的抗拉强度达到526 MPa,剪切强度达到85 MPa.     

中间夹层与碳钢和不锈钢复合板的制备工艺与性能研究

以Mg-Cu-Al合金作为中间夹层材料,研究了热轧法制备不锈钢/碳钢复合板的工艺,探讨了不同的实验轧制温度、轧制速度、中间夹层厚度、变形量以及二次轧制参数对其显微组织的影响,并对铝合金中间夹层两侧的扩散层的厚度、显微硬度及组织进行了测定,对复合板的拉伸及剪切性能进行了测试.实验结果表明,在首次轧制温度600℃～635 ℃,轧制速度8～24 mm/min,中间夹层厚度0.6～0.9 mm,变形量14%～28 %,二次轧制温度660℃～680 ℃,轧制速度16～24 mm/min,变形量21%～35 %工艺条件下,复合板碳钢侧扩散层厚度可达61 μm,不锈钢侧扩散层厚度可达50 μm,显微硬度达到HV0.025 1 000;扩散层主要由Fe2Al5相组成;复合板的抗拉强度达到526 MPa,剪切强度达到85 MPa.     

悬索桥重力式锚碇结构-地基联合承载机制

基于普宣高速公路宣威岸重力式锚碇工程,设计了不回填无预应力、不回填有预应力和回填有预应力3种计算工况,利用数值仿真试验分析了重力式锚碇和地基的力学机制和破坏模式。承载机制表明:8倍设计荷载之前没有塑性变形,为弹性工作状态,最大变形在锚岩界面,摩擦效应居主导,基底拉应力区可控,锚碇结构抗滑移和抗倾覆性均处于稳定可控状态;12倍设计荷载之后塑性区逐步扩展,达到20倍设计荷载时全部贯通,基底塑性变形明显,锚碇结构变形显著,基底夹持岩体剪切破坏,夹持效应居主导,基底拉应力区不可控,锚碇结构抗滑移和抗倾覆性均处于不可控状态;锚碇施加的预应力只在结构-岩基协调变形之前起作用,之后影响不大;回填可以极大地改善基底应力状态与结构扭转变形、抗滑移和抗倾覆稳定性,可在容许变形范围内适当考虑增强效应。可见,重力式锚碇结构-地基协调变形与联合承载机制,表现为摩擦效应、夹持效应和回填效应的综合作用。监测结果显示:通过基底拉应力和压应力监控结构与地基接触面安全性,监测值小于地基容许承载力3MPa;通过基底变位和地基深部水平位移监控结构抗滑移稳定性,实际工程监测值小于1mm;通过角点不均匀沉降监控锚碇抗倾覆稳定性,倾斜值小于0.006;通过大体积混凝土温控监测可知,内部最高温度小于60℃,进出水温差小于15℃,内表温差小于20℃,峰后降温速率小于3℃·d~(-1);锚束锁固荷载监测变化幅值不超过设计值的5%。     

形变Cu-10%Cr-3%Ag原位复合材料研究

对形变Cu-10%Cr-3%Ag原位复合材料形貌、强度和导电性进行了研究.用扫描电镜观察发现,Cr相在形变过程中由铸态的树枝晶变形成为纤维,横截面呈弯曲状薄片,形变量越大,纤维越均匀细密.力学性能和电阻率测试结果发现,随形变量增加,强度提高,电阻率增大.中间热处理对强度和导电性均有影响,在形变量一致的情况下,中间热处理温度太高太低都会使得强度和导电性性能降低.随中间热处理温度的升高,电阻率先减小后增加,强度较小地先增加后减小,只经过一次中间热处理的材料在500℃时,性能组合最佳.几个较好的电导率和极限抗拉强度组合为82.8%IACS/791 MPa (Φ1mm、B工艺)、80.6%IACS/809 MPa (Φ1 mm、A工艺)和80.2%IACS/731 MPa(Φ1.29 mm、A工艺),78.4%IACS/950 MPa(Φ1 mm、C工艺).     

钢套管再生混凝土加固柱轴压试验

为实现建筑业节能减排的目标,提出了钢套管再生混凝土加固柱的新加固方法,对1个未加固柱、12个钢套管再生混凝土加固柱以及2个钢管混凝土柱进行轴压试验,并对试件的承载力和变形特点进行分析,并讨论了该加固柱的承载力计算方法.研究结果表明:加固后试件的承载力提高2.19～3.98倍,且加固柱的刚度、延性均比原柱有明显提高;钢套管再生混凝土加固柱的承载力为钢套管普通混凝土加固柱承载力的91.8%～97.0%;当填充再生混凝土强度由27.0 MPa增加到32.9 MPa时,加固柱的承载力仅提高2.67%;对于再生粗骨料取代率为50%的试件,当钢套管厚度由1.81 mm增加到3.84 mm和5.84 mm时,承载力分别提高了34.0%和77.8%;考虑原柱初始应力后,试件峰值应变减小47.1%～59.3%;钢套管加固柱与钢管混凝土柱具有类似的受力性能.采用不同规范计算试件的承载力,结果表明EC4规范公式的计算精度最高,稳定性最佳.      

黏土与粉土复合地层及其中地铁隧道的车致长期沉降

为了探明列车荷载对黏土与粉土复合地层及其中地铁隧道的长期影响,以无锡某地铁区段为研究对象,建立了轨道-隧道-地层系统的耦合2.5维数值模型,分析了运行列车诱发地铁隧道下覆黏土及粉土复合地层的动应力响应规律,进而结合循环荷载作用下黏土及粉土的不排水累积变形特征及孔压累积特征,采用分层总和法研究了列车振动荷载长期作用诱发该复合地层及其中地铁隧道的长期沉降量值及发展规律. 研究结果表明:1） 隧道下覆地基土的动偏应力沿深度方向呈先增大后减小的变化趋势,其最大值出现在隧道下覆约1.3 m深度处,可达2.80 kPa;2） 地铁列车运行导致复合地层中隧道结构的沉降主要发生在地铁列车前20万次运行期内,且隧道结构的沉降在此期间发展得较为迅速;3） 复合地层中隧道结构稳定后的车致沉降量值可达13.44 mm,其中由土体不排水累积塑性应变引起的沉降为11.40 mm,占比85%,由累积孔压消散引起的固结沉降为2.04 mm,占比15%;4） 隧道下覆黏土与粉土复合地层长期变形主要发生在隧道下方15 m范围内,该范围内的土体沉降对隧道结构长期沉降量值的贡献占比达90%.      

深埋隧道内超前深孔降水模型试验

针对弱胶结富水粉细砂岩极易突水涌砂导致的隧道掌子面坍塌和初期支护开裂变形, 研究了深埋隧道内超前深孔降水方法, 建立了模拟隧道内超前降水的实体模型, 分析了3种降水管和3种抽水泵功率下各时刻模型的水位面变化, 采用三轴试验分析了粉细砂岩在高含水率下的破坏状态。研究结果表明: 降水试验模型切向断面上同一标高测点处中间水头低, 两侧水头逐渐升高, 呈抛物线形式, 反映了超前深孔降水规律; 粉细砂岩在高、低含水率下均呈塑性破坏, 破坏时的轴向应变小于5%;降水过程中地层含水率从20%下降到11%时, 粉细砂岩强度、黏聚力和内摩擦角达到最优稳定状态, 实现了开挖面无水状态; 隧道内超前降水参数应采用管径为65 mm的真空降水管和抽水功率为7.5 kW的真空泵, 且降水管应布置在超前掌子面20 m的隧道两侧边墙处; 在富水粉细砂岩深埋隧道内超前深孔预先降水并辅以注浆加固, 能够实现开挖期间粉细砂岩稳定, 为隧道顺利施工奠定了基础, 也避免了大埋深隧道从地表进行深井降水的困难。      

超大粒径沥青混合料级配分形特性与力学指标

为了定量评价超大粒径沥青混合料(SLSM)的级配特性,运用分形理论提出了SLSM集料质量分形分布函数的计算方法,得到了不同级配SLSM-40的质量分形维数,建立了集料质量分布与分形维数的关联模型,分析了分形维数与SLSM-40体积指标的关系,并通过强度试验和简单性能试验研究了SLSM-40的力学指标.分析结果表明:分形维数在2.60左右时,SLSM-40的体积指标均符合技术要求;分形维数在2.55～2.60之间时,SLSM-40的级配均匀性良好;随着粒径增大,粘聚力增大,SLSM-40中粘聚力对整体强度贡献率约为50％,比普通沥青混合料提高了1～2倍,而内摩擦角减小5°～10°;20℃试验条件下,SLSM-40抗压回弹模量比AC-25提高了1 869 MPa,为AC-25的2.6倍;不同试验温度条件下,随着加载频率的增大,SLSM-40的动态模量逐渐增大,相位角随温度和加载频率的变化规律与动态模量相比差异较大,并且温度越高,动态模量指标越小,SLSM-40的抗永久变形能力下降.