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高强钢热冲压结构件三维激光切割回弹规律及精度补偿方法

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中国机械工程 2022年第22期33卷 2741-2747页

作者：李守港刘鹏刘祥胡志力武汉理工大学现代汽车零部件技术湖北省重点实验室武汉430070 武汉理工大学汽车零部件技术湖北协同创新中心武汉430070 武汉理工大学材料绿色成形技术与装备湖北省工程中心武汉430070 东风(武汉)实业有限公司武汉430040

为了减小高强钢车身结构件三维激光切割过程中回弹缺陷对切割精度的影响,将热冲压后的高强钢车身构件应用于三维激光切割,研究其回弹特性。以某车型的高强钢车身结构件A柱为研究对象,利用有限元仿真软件AUTOFORM与ABAQUS分别建立了热冲... 详细信息

为了减小高强钢车身结构件三维激光切割过程中回弹缺陷对切割精度的影响,将热冲压后的高强钢车身构件应用于三维激光切割,研究其回弹特性。以某车型的高强钢车身结构件A柱为研究对象,利用有限元仿真软件AUTOFORM与ABAQUS分别建立了热冲压和激光切割有限元模型,通过数值模拟得到回弹值分布图,揭示了车身结构件在切割后轮廓的回弹规律。根据基于回弹预测的直接补偿方法对轮廓进行补偿以确定最佳切割轮廓,对A柱冲压半成品进行切割试验验证,试验结果表明,所提补偿方法能够将轮廓误差控制在公差范围内,轮廓误差减小约28.5%,型面回弹减小约38.3%,验证了该补偿方法的有效性。

关键词：三维激光切割轮廓精度回弹高强钢

高强钢变模量随动强化本构模型匹配与解耦标定策略研究

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机械工程学报 2023年第2期59卷 80-95,103页

作者：段永川孙莉莉张芳芳郑学斌董睿官英平燕山大学机械工程学院秦皇岛066004 首钢集团有限公司技术研究院京唐技术中心北京100043

高强钢通过微观组织调控获得高强度,但不同牌号高强钢微观的不均匀变形和微观诱导塑性机理不同,使得高强钢卸载及反向加载行为更加复杂,并且牌号间差异增大,为此给出模型自适应匹配及参数解耦匹配的系统化策略,实现了高强钢回弹精确预... 详细信息

高强钢通过微观组织调控获得高强度,但不同牌号高强钢微观的不均匀变形和微观诱导塑性机理不同,使得高强钢卸载及反向加载行为更加复杂,并且牌号间差异增大,为此给出模型自适应匹配及参数解耦匹配的系统化策略,实现了高强钢回弹精确预测。首先建立幂函数和指数函数混合硬化模型,基于混合模型给出自由弯曲加载的弯矩平衡方程和曲率约束方程,基于变模量模型构建截面弹性弯矩的积分方程,基于加载和卸载解析模型建立逆向识别卸载参数的子优化模型。确定变模量线性随动强化、变模量非线性随动强化模型和含边界面的变模量随动强化模型的匹配策略。基于自由弯曲、单向拉伸和拉压试验数据,确定相应本构的子优化模型参数的优化次序,最终形成本构匹配及其参数解耦标定的系统化策略,并基于Fortran语言开发标定程序库。建立U形弯曲件和弧形弯曲件预测模型,分别对DP980和DH980两种高强钢不同应变水平下的识别结果及回弹预测结果进行对比分析,验证了解耦标定策略不仅提高了不同牌号数据的相关度,而且大幅度提升了同一牌号下的模型精度和稳定性,为基于数据的材料性能统一自辨识方法研究奠定了基础。

关键词：本构匹配弯曲回弹解耦标定优化识别高强钢

高强钢焊接箱形截面压弯构件局部稳定试验研究

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建筑结构学报 2023年第1期44卷 96-109页

作者：申红侠徐凯凯聂子钧西安建筑科技大学土木工程学院西安710055

为研究高强钢压弯构件的局部稳定性能,对5个Q460C和5个Q690D钢焊接箱形截面构件进行了单向偏压试验,分析了其破坏形式、局部稳定性能以及承载力;将实测承载力与欧洲规范EN 1993-1、我国标准GB 50017—2017和美国规范ANSI/AISC 360-16相... 详细信息

为研究高强钢压弯构件的局部稳定性能,对5个Q460C和5个Q690D钢焊接箱形截面构件进行了单向偏压试验,分析了其破坏形式、局部稳定性能以及承载力;将实测承载力与欧洲规范EN 1993-1、我国标准GB 50017—2017和美国规范ANSI/AISC 360-16相关公式计算结果相比较,以验证各规范对Q460C钢和Q690D钢焊接箱形截面压弯构件屈曲后强度计算的适用性。研究结果表明:所有高强钢焊接箱形截面压弯构件均在柱中附近发生局部屈曲破坏;由轴向压力-轴向压缩变形或轴向压力-水平位移曲线可知,其为极值点失稳;构件的轴向压力-水平位移或轴向压力-应变曲线的形状和局部屈曲模式有关;在翼缘宽厚比为28.1~56.3、腹板高厚比为40.2~80.4、偏心距为20~50 mm范围之内,EN 1993-1和GB 50017—2017中的屈曲后强度计算公式仍然适用于Q460C和Q690D钢焊接箱形截面压弯构件,而ANSI/AISC 360-16中的相关公式需要进一步修正。

关键词：高强钢焊接箱形截面压弯构件偏压试验局部稳定

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高强钢热成形模具局部脱空冷却行为

塑性工程学报 2023年第10期30卷 60-70页

作者：黄旭胡开广郭子峰郑学斌牛涛李学涛首钢集团有限公司技术研究院北京100043

采用有限元与实验相结合的方法,对热冲压分区冷却保压淬火过程中的温降行为进行了研究,采用仿真软件建立了局部脱空模具热冲压有限元模型,开展了不同参数下局部软化区域的温降行为研究,通过局部脱空模具保压淬火实验,验证了通过局部脱... 详细信息

采用有限元与实验相结合的方法,对热冲压分区冷却保压淬火过程中的温降行为进行了研究,采用仿真软件建立了局部脱空模具热冲压有限元模型,开展了不同参数下局部软化区域的温降行为研究,通过局部脱空模具保压淬火实验,验证了通过局部脱空模具实现零件局部软化的可行性。结果表明,局部脱空模具保压淬火过程中,脱空位置处板料温降主要靠与相邻区域的热传导实现,模具孔径和模具温度对脱空位置板料温降影响较大,板料-模具接触换热系数和间隙换热系数对脱空位置板料温降影响较小,通过控制模具脱空孔径和保压淬火时间可以有效抑制马氏体相变,进而实现零件局部软化。

关键词：高强钢热成形模具局部脱空冷却行为局部软化

高强钢断裂韧性与疲劳裂纹扩展评价方法研究进展

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机械工程学报 2023年第16期59卷 18-31页

作者：李鹤飞张鹏张哲峰中国科学院金属研究所师昌绪先进材料创新中心沈阳110016 石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室石家庄050043

高强钢在服役过程中长期经受循环载荷作用,其疲劳与断裂问题一直是热点研究方向。准确评估高强钢的疲劳寿命和监测高强钢构件的服役状态,是保证大型装备安全运行的关键。随着断裂力学发展,损伤容限设计已成为航空、航天、核电和高速铁... 详细信息

高强钢在服役过程中长期经受循环载荷作用,其疲劳与断裂问题一直是热点研究方向。准确评估高强钢的疲劳寿命和监测高强钢构件的服役状态,是保证大型装备安全运行的关键。随着断裂力学发展,损伤容限设计已成为航空、航天、核电和高速铁路等重要工业领域的关键构件疲劳断裂控制方法。作为损伤容限设计中的关键力学参量,准确掌握断裂韧性和疲劳裂纹扩展的评价方法,能够对解决大型构件完整性和可靠性研究的瓶颈问题中起到承上启下的作用。首先概述高强钢的分类和失效问题,分析断裂韧性和疲劳裂纹扩展的表征形式。从尺寸效应和能量准则等方面系统阐述了小试样估算断裂韧性的方法,并探讨高强钢中拉伸性能、冲击韧性与断裂韧性的定量关系研究进展。从近门槛值区、稳态区和全阶段区域分别阐述疲劳裂纹扩展模型和方法,并重点介绍贴近实际工程应用中的应力比和尺寸效应两方面的研究进展。最后提出高强钢断裂韧性和疲劳裂纹扩展评估及测试技术研究中值得关注的若干问题。

关键词：高强钢拉伸强度断裂韧性冲击韧性疲劳裂纹扩展

高强钢焊接箱形截面双向压弯构件屈曲后强度设计方法研究

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建筑钢结构进展 2022年第1期24卷 24-30页

作者：申红侠林啟邦程浩西安建筑科技大学土木工程学院西安710055 西安建筑科技大学结构工程与抗震教育部重点实验室西安710055 中冶赛迪工程技术股份有限公司重庆401122

相比于《钢结构设计规范》(GB 50017—2003),《钢结构设计标准》(GB 50017—2017)取得了较大的进步,允许板件先于构件发生屈曲,并利用了板件屈曲后强度。GB 50017—2017对轴心受压构件、受弯构件和单向压弯构件均给出了屈曲后强度计算公... 详细信息

相比于《钢结构设计规范》(GB 50017—2003),《钢结构设计标准》(GB 50017—2017)取得了较大的进步,允许板件先于构件发生屈曲,并利用了板件屈曲后强度。GB 50017—2017对轴心受压构件、受弯构件和单向压弯构件均给出了屈曲后强度计算公式,但对双向压弯构件却未给出计算公式。分析了已有的高强钢压弯构件屈曲后强度计算方法,基于GB 50017—2017中的压弯构件稳定承载力计算公式,提出了双向压弯构件屈曲后强度计算公式,收集已有高强钢焊接箱形截面压弯构件屈曲后强度的试验和有限元结果以验证公式的有效性。研究结果表明,提出的计算公式能在大部分构件长细比和板件宽厚比范围内偏于保守地预测名义屈服强度为460 MPa和690 MPa的高强钢焊接箱形截面双向压弯构件的屈曲后强度。

关键词：高强钢焊接箱形截面双向压弯构件屈曲后强度设计方法

高强钢高温下和高温后力学性能指标的标准值研究

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建筑结构学报 2022年第9期43卷 138-150页

作者：王卫永张艳红李国强重庆大学土木工程学院重庆400045 重庆大学山地城镇建设与新技术教育部重点实验室重庆400045 同济大学土木工程防灾国家重点实验室上海200092

高强钢高温下和高温后的力学性能是进行高强钢结构抗火设计和火灾后评估的重要基础。我国GB 51249—2017《建筑钢结构防火技术规范》和欧洲规范EC3中针对普通低碳钢提出了高温下屈服强度和弹性模量计算公式,但其不适用于高强钢。国内外... 详细信息

高强钢高温下和高温后的力学性能是进行高强钢结构抗火设计和火灾后评估的重要基础。我国GB 51249—2017《建筑钢结构防火技术规范》和欧洲规范EC3中针对普通低碳钢提出了高温下屈服强度和弹性模量计算公式,但其不适用于高强钢。国内外学者对高温下和高温后高强钢力学性能已开展了一系列试验研究,但由于钢材强度等级、试验设备、加热速率和加载制度等影响,导致试验结果离散性较大,不能应用于实际工程中。同时不同学者提出的力学性能指标计算式各不相同,均不具有普遍适用性。采用数理统计中t分布与置信区间的方法对高强钢高温下和高温后力学性能试验数据进行统计分析,得到不同温度下力学性能指标具有95%保证率的标准值,拟合出高强钢高温下和高温后力学性能指标的计算式,并与GB 51249—2017和欧洲规范EC3预测结果进行对比。结果表明:自然冷却和浸水冷却条件下,高强钢高温后屈服强度发生明显下降的转折点分别是600℃和500℃;高温下高强钢的屈服强度折减系数低于普通结构钢;高强钢弹性模量折减系数在作用温度小于600℃时低于普通结构钢的,而在温度大于600℃时高于普通结构钢的。

关键词：高强钢高温冷却方式标准值力学性能

高强钢焊接箱形柱受力性能研究(Ⅰ):残余应力统一分布模型

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建筑结构学报 2022年第3期43卷 138-147页

作者：潘毅仵振周祎黄冬川西南交通大学土木工程学院四川成都610031 西南交通大学抗震工程技术四川省重点实验室四川成都610031

现有高强钢焊接箱形截面残余应力分布模型仅适用于特定强度等级的高强钢,尚缺乏适用于不同强度等级高强钢的残余应力分布模型。为此,基于不同强度等级高强钢焊接箱形截面残余应力的已有试验,研究钢材的强度等级、板件厚度及宽厚比对残... 详细信息

现有高强钢焊接箱形截面残余应力分布模型仅适用于特定强度等级的高强钢,尚缺乏适用于不同强度等级高强钢的残余应力分布模型。为此,基于不同强度等级高强钢焊接箱形截面残余应力的已有试验,研究钢材的强度等级、板件厚度及宽厚比对残余应力分布和峰值的影响,提出不同强度等级高强钢焊接箱形截面的残余应力统一分布模型。该模型采用多重阶梯函数形状,适用于屈服强度460~960 MPa的焊接箱形截面,且满足每个板件自平衡条件和对称性。将残余应力统一分布模型的形状、数值和已有试验结果进行对比,证明该模型的准确性。在基于纤维模型的极限承载力数值分析中,分别采用残余应力统一分布模型和已有分布模型计算高强钢焊接箱形柱的受压承载力,并将各自得到的极限承载力与已有试验结果进行对比。研究结果表明,采用残余应力统一分布模型后,不同等级高强钢焊接箱形柱的纤维模型计算能更准确地预测其极限承载力。残余应力统一分布模型可为不同等级高强钢焊接箱形柱的二阶非弹性分析提供参考。

关键词：高强钢焊接箱形截面残余应力统一分布模型极限承载力

高强钢焊接箱形柱力学性能研究(Ⅱ):二阶非弹性分析

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建筑结构学报 2022年第7期43卷 165-174页

作者：周祎仵振潘毅黄冬川西南交通大学土木工程学院四川成都610031 西南交通大学抗震工程技术四川省重点实验室四川成都610031

高强钢的焊接残余应力分布和普通钢材的有较大差异,现有的切线模量和刚度退化函数不适合用于高强钢焊接箱形截面的二阶非弹性分析。而精炼塑性铰模型通过切线模量和刚度退化函数可合理考虑残余应力的影响和塑性渐进发展,达到与塑性区模... 详细信息

高强钢的焊接残余应力分布和普通钢材的有较大差异,现有的切线模量和刚度退化函数不适合用于高强钢焊接箱形截面的二阶非弹性分析。而精炼塑性铰模型通过切线模量和刚度退化函数可合理考虑残余应力的影响和塑性渐进发展,达到与塑性区模型相近的精度。基于此,提出适合高强钢焊接箱形截面的二阶非弹性分析方法。通过稳定函数考虑单元二阶效应,基于杆端部转动引起的构件弯曲及其导致的轴向应变,考虑弯曲效应。在精炼塑性铰模型中,采用高强钢焊接箱形截面的残余应力统一分布模型,通过截面分析法构建不同强度等级的焊接箱形截面切线模量计算公式。同时,分析轴力和弯矩共同作用下的渐进屈服对箱形截面刚度退化的影响,从而建立可模拟截面塑性发展的刚度退化函数。结合塑性铰的产生与发展对平衡微分方程解的影响,建立梁柱单元的弹塑性刚度矩阵。结果表明,所提出的二阶非弹性分析方法可准确分析高强钢焊接箱形截面轴压构件的力学性能,可应用于高强钢框架结构设计,为二阶非弹性分析方法的工程应用提供参考。

关键词：高强钢焊接箱形截面二阶非弹性分析精炼塑性铰极限承载力