用小孔松驰法测量焊接残余应力几个问题的研究

在小孔松驰法实验研究的基础上，本文从理论上分析了由于某些因素产生的塑性应变对测量焊的构件及特殊堆焊窄板残余应力的影响，诸如钻削应变、孔边应力集中及孔距边距尺寸等，本文研究成果不仅有利于提高小孔松驰法的测试精度及扩大其应用，而且为进一步研究焊拉残余应力对焊接构件承载力和疲劳断裂性能的影响提供了可靠的实验依据。     

钻孔法测试残余应力基础理论研究

论述了传统钻孔法测试残余应力中存在的不完善之处。并对中心有一圆孔(包括穿孔与盲孔)的钢板,在各种载荷工况下,根据实际应力场与直角应变花测试的实际情况,用弹塑性FEM算得各种工况下的结点应变值,用结点数值的变化来模拟直角应变花测得数据,并计算出大量的已知应力场的直角应变花的三个释放应变。通过逐步回归的数学处理方法,建立了钻孔测试法中,残余应力与测试应变之间的关系式。     

由应力集中引起的孔边塑性变形对小孔松弛法测定焊接残余应力精度的影响及其修正方法

目前,小孔松弛法测定焊接残余应力在推广使用中的主要问题是如何提高其测量精度。标定试件一般是在拉应力σ≤1/3σ_s时确定常数,然后进行实测。我们认为,当残余应力较大时,按弹性范围的标定常数测取残余应力必然产生误差。残余应力越大,误差越大,当σ接近σ_s时,在本文标定中确定的测量误差为19％。文章对如何进一步提高测量精度进行了新的探索,着重对由于孔边应力集中引起的孔边塑性变形而产生的测量误差作了研究。发现当σ>1/2σ_s时测得的释放应变ε是由纯弹性释放应变ε_e和孔边塑性变形的影响ε_p所组成。计算时应在ε中减去ε_p,即用ε_e算得的残余应力才是真值。本文采用修正方法用ε_e代替ε,在σ接近σ_s时,其测量误差已降至2％以下,从而提高了小孔松弛法测定焊接残余应力的精度。     

锥形钻孔法测试残余应力的灵敏度分析

采用实验与有限元计算相结合的方法，对钻不同形状锥形孔测试残余应力时的应变灵敏度度以及修正系数作了计算与分析。     

芜湖长江大桥整体节点焊接残余应力的研究

采用盲孔法来研究焊接整体节点的残余应力，结果表明：４４ｍｍ板等厚截面对接所引起的残余应力数值最大，为２６６．８ＭＰａ，采用一薄一厚的截面对接，即节省了材料，又减少了残余应力峰值。     

钻孔法测定焊接残余应力时的塑性释放应变

用钻孔法测定焊接残余应力时，孔边塑性变形对测量精度有很大影响，本文对孔边屈服过程进行了研究，克服了以往在误差修正方法中的缺点，确定了塑性释放应变εｐ与主应力σｉ、σ２和主方向角β的函数关系，用以修正孔边塑性变形引起的测量误差，使得在二维应力状态下的测量误差降至２％以下。     

焊接热输入对残余应力影响的盲孔法测试与数值分析

为了分析T型构件多道焊焊接残余应力与焊接热输入间的关系,运用有限元分析软件ANSYS对该焊接工艺进行数值模拟;运用盲孔法检测焊接残余应力,并与数值模拟结果进行对比;基于原有的焊接工艺,对3组焊接热输入值下T型构件多道焊进行数值模拟,分析了焊接热输入值对焊接残余应力的影响规律。研究结果表明:数值模拟结果与实测结果相近;焊接热输入增大,纵向焊接残余应力会增大,横向残余应力会减小。     

6061-T6铝合金构件焊接残余应力分布

针对国产TIG焊接成型的6061-T6铝合金箱形构件的残余应力分布,采用ABAQUS有限元软件,研究其残余应力的分布规律.选用温度-位移耦合C3D8T单元,建立残余应力分析的有限元模型,获得6061-T6铝合金TIG焊接成型的箱形构件的残余应力值,经盲孔法实测验证有限元方法的可靠性.有限元模拟结果表明,TIG焊接成型的6061-T6铝合金方形构件的残余应力总体呈U型分布,应力峰值位于构件角部,谷值位于板件中部;残余应力影响范围及峰值与板厚有关.     

基于塑性应变增量法的路基压实效果检测评价

为检测评价路基压实效果,提出了一种新型塑性应变增量法。利用土层厚度实时检测装置测量新填土层的实时压缩沉降和应变。由压缩产生的塑性应变随碾压遍数递减,以当次碾压较上一次碾压的应变增量作为压实效果的评价参量。现场试验结果表明：利用塑性应变增量法采集数据快捷稳定可靠。该方法可用于评价路基压实效果。     

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。      

热处理工艺对LD10铝合金残余应力的影响

用小盲孔应力释放法对ＬＤ１０铝合金材料由不同热处理工艺产生的残余应力进行了测试，对试验结果作了分析比较，为该材料热处理工艺选择和结构的使用性能研究打下了基础。     

小盲孔法和磁性法测残余应力的比较

本文对目前在焊接结构残余应力测试中应用最广的小盲孔法及磁性法进行比较。首先进行标定、得到了必要的数据及图表,然后进行测试比较。结果表明,可比性较差。文中分析了造成误差的原因,并指出,虽然目前对磁性法的测量精度还有争议,但用其检测消除焊接结构中残余应力的效果是可靠的。      

钢筋混凝土桥梁工作应力测试研究

在既有钢筋混凝土桥梁可靠性评估中,桥梁当前的实际应力(工作应力)是个很重要的指标,可钢筋混凝土桥梁的工作应力检测一直是较难解决的问题。提出采用钻孔—电测法来测试钢筋混凝土桥梁结构的工作应力,该方法通过测试钻孔前后孔边应变的变化,利用钻取的芯样推定混凝土的抗压强度和弹性模量,得到混凝土的工作应力,从而为钢筋混凝土桥梁安全性评估提供可靠依据。     

非稳态载荷对二维轮轨纯滚动接触应力和变形的影响

为了揭示轮轨波状表面与非稳态载荷的内在联系,利用有限元法,建立了二维弹塑性轮轨纯滚动接触计算模型,分析法向接触载荷波动值对钢轨残余应力、应变和变形的影响。模型中材料本构采用考虑棘轮效应的Jiang-Sehitoglu模型,非稳态仅考虑法向接触载荷的简谐变化,用弹塑性无限半空间表面上重复移动赫兹法向压力分布模拟反复纯滚动接触过程。发现非稳态法向接触载荷作用下产生同样波长的波状接触表面;随滚动次数的增加,残余应力增大,但很快趋于稳定,而残余应变也增大,但增大速率衰减;载荷波动值越大,波谷和波峰处的纵向残余应力越大,波谷处的轴向残余应力、残余剪应变和表面纵向位移越大,而波峰处的轴向残余应力、残余剪应变和表面纵向位移越小,波深越大。     

碱式硫酸镁混凝土的纤维增韧机理及本构关系

为探究新型碱式硫酸镁混凝土的纤维增韧机理,通过室内单轴压缩试验分析了不同纤维类型、不同纤维掺量、不同纤维长度对碱式硫酸镁混凝土的强度、弹性模量、峰值应力、峰值应变、压缩韧性指数的影响,进而得出纤维碱式硫酸镁混凝土的本构关系。试验结果表明：纤维碱式硫酸镁混凝土在受压破坏时,呈现明显的塑性破坏特征,长纤维能有效抑制主裂纹的产生,短纤维可以阻止微裂纹扩展,掺量为0.2%,长度12 mm的纤维时峰值应力和峰值应变提升效果最明显,峰值应变提高率为35.9%。在试验结果的基础上提出了关于纤维掺量和纤维长度因素的单轴压缩应力-应变全过程曲线方程,对拓展其在土木工程行业中的应用领域具有实际意义。     

搅拌头几何对AZ91镁合金搅拌摩擦焊温度场及材料变形的影响

为探究搅拌头几何对搅拌摩擦焊接的影响,基于DEFORM-3D软件,应用全热力耦合有限元分析技术对AZ91镁合金板材搅拌摩擦焊接过程进行了仿真研究,并深入探讨了轴肩凹角和搅拌针锥角的独立变化对焊接过程温度场及材料变形的影响.结果表明,轴肩凹角和搅拌针锥角的变化对焊接过程的温度和材料变形有显著影响.随轴肩凹角增大,焊接温度和塑性应变呈非线性升高,且其变化敏度逐渐减小.凹角由0°增至3°,温度由503升至551℃,应变由107增至134 mm/mm;凹角由3°增至4.5°,温度由551升至556℃,应变由134增至138mm/mm.随搅拌针锥角增大,焊接温度和塑性应变均在达到最大值后下降.锥角2.5°时温度值最大,为508℃;2.5°～12.5°,温度由508降至495℃.锥角为5°时塑性应变值最大,为121 mm/mm,5°～12.5°应变由121降至115 mm/mm.综上建议,轴肩凹角和搅拌针锥角不宜过大或过小,分别取3°和5°时,焊接过程中温度和材料变形较佳.     

含弹性极限的Burgers模型研究

为研究沥青混合料塑性变形积累,用Burgers模型拟合了浇注式沥青混合料60℃蠕变过程,但由反演参数计算的塑性黏滞变形速率却始终大于实测的总变形速率,且计算的残余应变也远小于实测值。采用含瞬时塑性应变的改进模型后,虽然克服了残余应变的缺陷,但变形速率仍存在很大偏差,更不能计算后续加卸载过程。针对上述问题,构建了含弹性极限σ_e的Burgers新模型,新模型与Burgers模型为恒等式,但通过σ_e将瞬时变形分离为弹性与塑性2项,将Burgers模型中的黏弹性变形分离为黏弹与黏塑2项,2种变形分离的比例相同且塑性和弹性阶段的应力应变关系相同;新模型增加的黏塑性项物理机制为细观成分的塑性错动与旋转。后续加载中,因材料硬化,荷载等于σ_e,新模型消项得到以σ_e为荷载的Burgers模型。拟合结果证明：新模型不仅解决了含瞬时塑性应变改进模型的变形速率问题,也能准确计算后续加卸载过程,为沥青混合料塑性积累变形计算提供了工具。     

基于现场直剪试验和强度软化的围岩压力解析

高地应力、强挤压软岩隧道在开挖前,隧道设计线路范围内的原岩就已处在塑性状态,隧道开挖后对支护有影响的围岩处于不同的塑性区范围内.就此,考虑到岩体的力学性能通过现场试验能较为全面地反映,对两座隧道高地应力软岩段的现场直剪试验曲线进行分析,并进行室内常规三轴压缩试验,得到了适用于塑性软岩隧道的简化本构关系曲线和应变软化模型.在此基础上对圆形塑性软岩隧道支护后的围岩应力状态和位移状态进行分析,在考虑围岩强度参数■、■随应变软化的情况下,推导出了塑性软岩隧道的扰动区半径r_d和支护力p_i解析表达式,并建立了动态支护力p_i与动态隧道壁径向位移u之间的关系,研究成果可为高地应力、强挤压塑性软岩隧道的支护设计提供一定的参考.     

闭孔泡沫铝的孔隙结构及压缩变形过程研究

为研究压缩空气法制备的闭孔泡沫铝的孔隙结构对其力学性能的影响和压缩变形过程,测量了不同密度泡沫铝的孔隙结构参数,分析了孔径与密度关系,并通过单向压缩实验,分析了密度对破碎压力和杨氏模量的影响以及裂纹产生与扩展情况.研究结果表明：泡沫铝的孔径与密度的关系为ρ＊=0.108 5＋4.862 7exp（-0.608Φ）.在单向压缩时,随着压缩载荷的增加,孔壁在弹性变形后产生弯曲,裂纹首先在应力集中的缺陷处和孔壁强度低的位置产生向次薄弱的孔壁扩展.应力水平越高,裂纹扩展越快;当孔的壁面上存在强度差异时产生褶皱;裂纹贯穿孔壁后发生失稳断裂并可能发生转动,并导致塑性坍塌;应变继续增加,孔穴破碎进入致密化过程.     

基于有限元仿真分析的石方路段波形梁护栏性能研究

通过对常用的两种石方路段波形梁护栏:钻孔打入法和混凝土基础法,进行有限元模拟分析,选取护栏最大横向动态变形值,等效应力,等效应变等指标进行对比分析,发现钻孔打入法较混凝土基础法有着更好的阻挡性能、力学性能,并且钻孔打入法兼具施工简便,效率高,工程造价低等优点。因此在工程应用中,建议石方段波形梁护栏采用钻孔打入法。