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预制拼装综合管廊承插式接头扭转力学性能

应用力学学报 2022年

作者：凌同华余彬黄阜肖南长沙理工大学桥梁工程湖南省高校重点实验室长沙理工大学岩土与隧道工程系

为研究节段预制拼装综合管廊承插式接头扭转力学性能，利用ABAQUS有限元软件建立预制拼装管廊节段与土体纵向三维模型对管廊正向扭转与反向扭转进行模拟，分析管廊扭转承插式接头应力分布规律，得到管廊承插式接头扭矩随横向差异沉降变... 详细信息

为研究节段预制拼装综合管廊承插式接头扭转力学性能，利用ABAQUS有限元软件建立预制拼装管廊节段与土体纵向三维模型对管廊正向扭转与反向扭转进行模拟，分析管廊扭转承插式接头应力分布规律，得到管廊承插式接头扭矩随横向差异沉降变化规律及管廊横向极限差异沉降量。研究结果表明：管廊节段正向扭转与反向扭转沉降量相同时，承插式接头应力、最大主应力与切应力分布规律基本相同。管廊扭转接头插口端侧壁应力较大，接头顶底板中间与腋角处应力较小，接头最大主应力集中在承口端侧壁距顶板外侧1m处与插口端顶底板，接头切应力在顶底板中间与侧壁中间最小，向两侧逐渐增大至腋角处切应力最大。管廊承插式接头横向极限差异沉降为1.2mm，管廊插口端极限扭矩与采用箱型截面计算的结果相差不大，工程实际中可采用箱型截面对管廊插口端抗扭设计。研究结果为预制拼装管廊安全运营提供科学依据。

关键词：预制拼装综合管廊承插式接头扭转变形接头力学性能极限沉降

水工悬臂式装配挡土墙优化设计及接头力学性能研究

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水工悬臂式装配挡土墙优化设计及接头力学性能研究

作者：蔡禹扬州大学

学位级别：硕士

近年来,随着装配式建筑物施工周期短、工程质量高、环境污染少、维护方便等优点日益突出,越来越多的装配式建筑应用于水利工程建设中。作为发展较为迅速的装配式建筑物之一,装配式水工挡土墙推进了装配式技术在水利工程的应用。本文以... 详细信息

近年来,随着装配式建筑物施工周期短、工程质量高、环境污染少、维护方便等优点日益突出,越来越多的装配式建筑应用于水利工程建设中。作为发展较为迅速的装配式建筑物之一,装配式水工挡土墙推进了装配式技术在水利工程的应用。本文以江苏省水利科技项目—小型水工建筑物装配化设计与施工技术应用研究(项目编号:2019037)为依托,针对装配式水工挡土墙结构设计与优化、接头力学性能开展了系统化研究,为装配式水工挡土墙在水利工程的应用提供技术支撑。本文研究内容和成果如下:(1)装配式水工挡土墙结构初步方案研究本文结合水工挡土墙的特点,采用水工悬臂式装配挡土墙结构。横向立板接头采用平接头,接头处布置止水铜片并灌注环氧砂浆充填止水;横向底板接头采用台阶式接头并用螺栓插入连接相邻单元挡土墙,接头进出口布置遇水膨胀胶条并用环氧砂浆充填止水。纵向接头选取平接头、凹凸式接头和榫槽式接头,使用GINA止水带固定于底板接头处。立板和底板采用螺栓和锚栓配合角钢连接,对其喷砂并涂刷特制无机复锌防锈防滑涂料进行防锈,提升了连接节点接触面的摩擦系数,提高了连接承载力。立板和底板处布置吊装孔用于机械起吊安装和加设锚杆,增加了施工装配的安全性。(2)装配式水工挡土墙设计通过对荷载计算、稳定性验算、结构内力计算、结构设计计算、连接节点计算、预制接头尺寸设计、预埋件的材料选择和尺寸设计,结合工程实例实现了水工悬臂式装配挡土墙初步设计方案,验证了初步设计方案符合规范标准的要求,确定了挡土墙立板和底板间螺栓、锚栓连接结构的数量以及间距。(3)装配式水工挡土墙结构设计优化采用遗传算法对建造期间预制构件混凝土的使用量、钢筋的配筋量、角钢和螺栓的数量以及施工安装期间挖填土方量进行经济性优化。将抗倾覆稳定性、抗滑稳定性、地基承载力、配筋率和裂缝宽度等要求作为安全性约束条件,将交通运输和吊装期间预制构件自重要求作为便利性约束条件,采用Matalb自带的遗传算法工具箱进行求解,并将原型挡土墙和优化挡土墙相关指标进行比对,总成本降低了 13.65%。(4)装配式水工挡土墙接头力学性能模拟试验研究使用ABAQUS有限元软件,通过数值模拟的方法对水工悬臂式装配挡土墙平接头、凹凸式接头和榫槽式接头在弯矩作用下的最大张开量、转角、立板和底板的螺栓应力、角钢应力以及接头的接触面应力进行研究,并比对高强螺栓连接下不同类型接头的抗弯刚度,提出了水工悬臂式装配挡土墙接头抗弯刚度经验公式。推荐采用榫槽式接头,并针对榫槽尺寸进行研究。研究发现:合适的榫槽式接头尺寸可以减小接头接触面应力、螺栓和角钢所受应力并减少最大张开量,但不影响榫槽式接头抗弯刚度的大小和变化趋势。

关键词：水工悬臂式挡土墙装配式优化设计接头力学性能模拟试验

高强钢双电弧集成药芯冷丝复合焊工艺及焊缝组织性能研究

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高强钢双电弧集成药芯冷丝复合焊工艺及焊缝组织性能研究

作者：方振龙天津职业技术师范大学

学位级别：硕士

低合金高强钢中具有较高的强度及良好的塑韧性,但强度级别的不断提高,焊后韧性下降和易出现冷裂纹等问题,低合金高强钢的优质高效焊接工艺成为研究焦点之一。本文采用双电弧集成药芯焊丝复合焊工艺焊接14 mm厚的Q960E高强钢,该工艺是将... 详细信息

低合金高强钢中具有较高的强度及良好的塑韧性,但强度级别的不断提高,焊后韧性下降和易出现冷裂纹等问题,低合金高强钢的优质高效焊接工艺成为研究焦点之一。本文采用双电弧集成药芯焊丝复合焊工艺焊接14 mm厚的Q960E高强钢,该工艺是将两根实心焊丝和一根药芯焊丝以等边三角形方式集成于一把焊枪中,为此设计了一把集成式三丝焊枪,焊接过程中两根实心焊丝并列在前燃弧,药芯焊丝作为冷丝直接插入熔池中,利用熔池热和电弧热将冷丝熔化,由于药芯焊丝易熔且合金元素可调,因此药芯焊丝即可以优化焊后组织性能,还能提高焊接熔敷率。在180°脉冲相位差下研究了焊接工艺参数对焊接过程及焊缝成形的影响规律,获得焊接工艺参数窗口,并基于焊接工艺参数窗口,进一步研究了焊接热输入对焊接接头组织及力学性能的影响,为800 MPa以上强度级别高强钢的优质高效焊接提供理论基础。研究结果表明:该焊接工艺在180°脉冲相位差时,两实心焊丝交替燃弧。随着预设电流的增加,熔滴过渡方式由一脉多滴和一脉一滴的混合过渡逐渐转变为一脉一滴混合短路过渡,熔滴过渡频率骤降。随着预设电压的增加,熔滴过渡方式由短路过渡混合一脉一滴过渡逐渐转变为一脉多滴混合一脉一滴过渡,熔滴过渡频率骤然增加。短路过渡时造成熔池震荡,导致焊缝边缘不平整,而一脉一滴和一脉多滴过渡时的焊缝成形良好。由于实心焊丝1和2交替燃弧,两电弧产生的电弧力分别作用于各自正下方的熔池,造成焊道截面形貌呈“双峰状”,此外,双峰间距与预设电流呈负相关,与预设电压呈正相关。焊接接头微观组织和力学性能结果表明:焊缝区组织主要为针状铁素体,随着焊接热输入的增加,出现侧板条铁素体及先共析铁素体,且针状铁素体组织由细长变得短而粗;热影响区粗晶区组织主要为板条马氏体和回火马氏体,随着焊接热输入增加,晶粒尺寸增加,回火马氏体增加。热影响区细晶区组织随着焊接热输入增加差别不大,为马氏体和回火马氏体的混合组织,晶粒细小。不完全淬火区组织为铁素体和回火马氏体组织,随着焊接热输入的增加,铁素体的数量上升。回火区组织主要为回火索氏体,与母材组织基本一致。此外,随着焊接热输入的增加,Q960E高强钢焊接接头的抗拉强度呈先增加再减小,焊接热输入1.93 k J/mm,抗拉强度最大值为949 MPa,达到母材的90%。焊缝区和热影响区-40℃下冲击韧性均在52 J以上。当热输入在1.93 k J/mm～2.13 k J/mm时,焊接接头综合力学性能较好。焊缝区和热影响区-40℃的冲击断裂方式基本为准解理断裂。

关键词：双电弧集成药芯冷丝复合焊 Q960E高强钢熔滴过渡焊缝成形接头力学性能

真空压铸铝合金自冲铆接接头精细化建模及力学性能研究

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真空压铸铝合金自冲铆接接头精细化建模及力学性能研究

作者：冯晓华湖南大学

学位级别：硕士

汽车轻量化已成为汽车工业发展的必然趋势,近年来铝合金和高强钢等先进轻量化材料应用越来越广泛。随着制造工艺的进步,钢铝混合车身将是未来新能源汽车发展的主流技术路线。与传统钢制车身采用电阻点焊连接有所不同,钢铝混合车身大量... 详细信息

汽车轻量化已成为汽车工业发展的必然趋势,近年来铝合金和高强钢等先进轻量化材料应用越来越广泛。随着制造工艺的进步,钢铝混合车身将是未来新能源汽车发展的主流技术路线。与传统钢制车身采用电阻点焊连接有所不同,钢铝混合车身大量采用了自冲铆(SPR)、无铆钉连接(Clinching)、热熔自攻丝(FDS)等新型连接方式,其中SPR应用最为广泛。在整车碰撞中,铆接接头容易发生开裂失效,进而影响车身变形模式和碰撞吸能性,对车身碰撞安全设计提出了新的挑战。因此,建立SPR高精度仿真模型,探究铆接接头变形行为及失效模式,对快速优化接头力学性能、减少车型开发前期实验测试工作量、降低开发成本具有重要意义。本文以AC43500-T7真空压铸铝合金2.6-2.6mm板材组合的SPR接头为研究对象,采用试验与仿真相结合的方法,开展真空压铸铝合金材料本构建模、失效参数标定,构建了SPR接头精细化仿真模型,探究了接头变形行为及失效机理;利用SPR成形仿真研究不同工艺参数对接头形貌特征的影响,结合接头精细化仿真分析,探明铆接工艺与接头力学性能的相互关系,获得能够提升接头力学性能的铆接工艺参数组合。首先,采用Swift-Hockett-Sherby加权硬化准则描述了铸铝合金材料的应变硬化特性,利用MMC方程拟合了铸铝材料应力三轴度与断裂应变的曲线,选择GISSMO失效准则模拟铸铝材料在颈缩阶段的失稳、失效行为。不同应力状态试样峰值载荷和失效位移的仿真预测平均误差在5%左右,验证了铸铝材料本构模型及失效参数对于材料变形和失效行为的模拟准确性。然后,通过试验获得铆接接头的剖面特征,利用三维软件逆向建模,采用实体单元对铆接中心区域网格进行精细划分,代入上文标定铸铝材料本构模型及失效参数,建立自冲铆接接头精细化有限元模型。利用该模型详细分析了自冲铆接接头在拉拔°、45°、剪切三种工况下的力学性能及失效行为。其中,剪切工况峰值载荷6KN,失效模式为下层板材撕裂失效。而拉拔、45°工况峰值载荷均在4KN左右,失效模式为上层板材撕裂失效。从而确定了以铆接接头剪切工况力学性能及失效模式为主要优化对象。最后,采用Simufact.Forming软件模拟铆接接头工艺成形过程,并对接头几何形貌形成机理展开研究,观察到铆钉尺寸和凹模尺寸是影响几何形貌和接头性能的关键工艺参数。设计了以铆钉尺寸和凹模尺寸等工艺参数为变量的正交试验,以接头剪切强度和形貌特征参数为评价指标,通过数据分析获取较优的工艺方案。在双层2.6mm铸铝合金板材组合下,较优的铆接工艺参数组合为铆钉长度7.5mm,铆钉腿部直径5.3mm,凹模深度1.4mm,凹模直径12mm。优化后铆接工艺参数组合峰值载荷由6KN提升到6.6KN,失效位移由4.1mm增长为6.25mm。

关键词：自冲铆接真空压铸铝合金有限元精细化建模接头力学性能

振动时效对焊接件残余应力及接头力学性能的影响研究

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热加工工艺 2014年第19期43卷 194-197页

作者：狄欧陈新旭中国工程物理研究院机械制造工艺研究所四川绵阳621900

分析了振动时效与热处理方法去除残余应力的机理差异,结合热处理及振动时效两种方法去除焊接件残余应力效果测试试验,讨论了两种方法对焊缝残余应力的影响;开展了振动时效对三种材料焊接接头力学性能影响的试验研究,得到了振动时效后金... 详细信息

分析了振动时效与热处理方法去除残余应力的机理差异,结合热处理及振动时效两种方法去除焊接件残余应力效果测试试验,讨论了两种方法对焊缝残余应力的影响;开展了振动时效对三种材料焊接接头力学性能影响的试验研究,得到了振动时效后金属材料的抗拉强度不变或有所增加,材料的塑性指标有较为明显提高的结论,并用位错理论解释了振动时效改善材料力学性能的机理。

关键词：振动时效热处理残余应力接头力学性能

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无缝钢轨铝热焊接接头力学性能的有限元分析

无缝钢轨铝热焊接接头力学性能的有限元分析

作者：叶渊浙江工业大学

学位级别：硕士

无缝线路是当今铁路发展和进步的重要标志,对社会生产力的发展起到了很大的推动作用。无缝线路以钢轨焊接技术为基础,通过钢轨焊接取代了大部分普通钢轨接头,节省大量钢轨接头材料的同时还能满足列车高速运行的要求。随着无缝线路不断... 详细信息

无缝线路是当今铁路发展和进步的重要标志,对社会生产力的发展起到了很大的推动作用。无缝线路以钢轨焊接技术为基础,通过钢轨焊接取代了大部分普通钢轨接头,节省大量钢轨接头材料的同时还能满足列车高速运行的要求。随着无缝线路不断高速重载化,钢轨焊接接头的质量和稳定性问题日益加重,铝热焊接接头更是无缝线路的薄弱环节,严重时将危及行车安全。因此,开展钢轨铝热焊接接头的性能和稳定性研究就显得迫在眉睫。针对焊接接头性能的研究问题,分析了本文结合铝热焊参数进行接头性能有限元模拟的可行性。基于钢轨铝热焊接热分析理论,建立了钢轨铝热焊接热传递有限元模型,将热传递的三种形式包括热传导、对流和热辐射考虑在模型中,并采用计算流体力学软件（CFD）对使用双冒口侧顶式浇注系统的钢轨铝热焊接主要过程进行了数值模拟,得出了不同焊接热条件下的影响钢轨铝热焊接接头性能的焊接参数,为轮轨滚动接触状态下的铝热焊接接头有限元模型的建立提供依据。运用Hertz接触理论得到了轮轨接触的法向力分布规律,基于车辆-轨道耦合动力学模型求解了轮轨接触关系,并考虑了焊接接头存在短波低塌不平顺时的接头动力学特性。结果表明：轮轨法向冲击载荷随车速的增加近似成线性增长,随焊接接头离最近轨枕的距离的增大而减小等。建立了轮轨接触时的焊接接头有限元模型,结合各项影响参数进行了轮轨滚动、滑动工况下的接头力学性能分析。结果表明：列车运行时应尽量避免车辆紧急制动以及启动加速空转的发生;在进行铝热焊接时应尽量将接头焊缝设置在距离邻近轨枕较远处,同时,要不断提高铝热焊接工艺,改善焊接接头性能,减少焊接缺陷,从而减少乃至避免由于车轮反复碾压引起的接头短波低塌不平顺。总结了全文主体思想,分析归纳了研究结果,阐述了将焊接过程模拟与焊接接头性能有限元分析结合在一起研究的优势,对实际工程应用有一定的参考价值。最后,分析了本文的不足之处,对后续研究进行了展望。

关键词：钢轨焊接技术铝热焊接焊接接头不平顺接头力学性能有限元分析

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无铆钉铆接接头力学性能优化研究

汽车技术 2015年第12期 40-43页

作者：庄蔚敏张凯希刘学成李兵吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室中国第一汽车股份有限公司技术中心

建立了AL6063铝合金板和DC04钢板无铆钉铆接有限元模型,通过无铆钉铆接试验验证了该有限元模型的准确性,并从试验和仿真两方面分析了板料间摩擦因数对铆接接头尺寸的影响规律。以接头抵抗的最大轴向载荷作为接头力学性能优劣的判断依据... 详细信息

建立了AL6063铝合金板和DC04钢板无铆钉铆接有限元模型,通过无铆钉铆接试验验证了该有限元模型的准确性,并从试验和仿真两方面分析了板料间摩擦因数对铆接接头尺寸的影响规律。以接头抵抗的最大轴向载荷作为接头力学性能优劣的判断依据进行了接头力学性能优化研究,确定了一组最优参数组合方案。

关键词：无铆钉铆接接头力学性能优化

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基于ANN焊接接头力学性能远程预测系统

基于ANN焊接接头力学性能远程预测系统

作者：张孝军哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

焊接接头力学性能模拟和预测,一直是焊接生产中力图解决的难题之一。人工神经元网络成功地被应用到接头力学性能的预测当中,取得了令人满意的结果。神经元网络模型训练过程需要大量的准确数据,但训练得到的预测模型却无法实现共享,无法... 详细信息

焊接接头力学性能模拟和预测,一直是焊接生产中力图解决的难题之一。人工神经元网络成功地被应用到接头力学性能的预测当中,取得了令人满意的结果。神经元网络模型训练过程需要大量的准确数据,但训练得到的预测模型却无法实现共享,无法实现大规模的应用,这就使得这一优秀的力学性能预测技术无法在焊接领域广泛应用。本文针对这一问题,采用JSP计算机网络开发技术,开发出能够实现焊接接头力学性能模型共享和在线预测计算的B/S框架应用系统。本文在linux操作系统下训练出低合金钢气体保护焊接头力学性能预测模型,分别进行单个和组合模型训练,选取误差较小的作为应用系统开发的样本模型。需求分析确定系统需要的功能模块后,采用E-R图设计出了支撑这些功能模块运行的数据库,进一步设计出系统应用的javabean类,同时为了提高数值计算效率,本文采用VB语言开发了服务器端神经网络模型计算程序。为了实现基于JAVA技术实现的系统平台与VB程序之间的通信,还设计出了简单通信协议。本文开发并实现了面向用户的前台应用和面向管理员的后台应用。后台应用主要实现对系统内所有模型及信息的管理。对于所有满足条件的模型,都可以通过后台应用建立起与系统平台的联系,读取模型文件中的数据,将模型添加进系统。前台应用主要为用户使用模型提供一个平台,通过该平台用户可以调用系统内的模型进行在线预测计算。

关键词：接头力学性能神经网络 JSP

材料性能对铝合金搅拌摩擦焊焊缝成形及接头力学性能的影响

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材料性能对铝合金搅拌摩擦焊焊缝成形及接头力学性能的影响

作者：潘锐南昌航空大学

学位级别：硕士

采用圆柱形带有左螺纹的搅拌头,对4mm厚的1060-Y2、6061-T4、5052-H32、2024-T351进行同种及异种铝合金进行搅拌摩擦焊对接试验。通过对同种铝合金的焊接,研究母材力学性能对FSW最佳工艺参数、焊缝金属塑性流动、接头力学性能的影响;分... 详细信息

采用圆柱形带有左螺纹的搅拌头,对4mm厚的1060-Y2、6061-T4、5052-H32、2024-T351进行同种及异种铝合金进行搅拌摩擦焊对接试验。通过对同种铝合金的焊接,研究母材力学性能对FSW最佳工艺参数、焊缝金属塑性流动、接头力学性能的影响;分析材料力学性能对焊缝成形和接头性能的影响规律,为搅拌摩擦焊工艺参数的优化和接头力学性能的预测等提供理论依据。研究结果表明:搅拌头旋转速度和焊接速度在一定程度上决定着搅拌摩擦焊焊缝成形质量;低中等强度和硬度的铝合金进行搅拌摩擦焊接时,在较宽的工艺参数范围内均可获得外观良好、内部组织无缺陷的的焊缝;且接头力学性能良好。高强度硬度的铝合金则只能在较窄的工艺参数范围内良好成形。在合理的工艺参数范围内,随着旋转速度或焊接速度的增加,接头的抗拉强度均呈先增大后减小的趋势。建立的数学模型可有效地预测最佳焊接工艺参数和接头力学性能。同种材料进行FSW对接时,随着旋转速度或焊接速度的增大,焊核的宽度和高度均呈先增大后减小的趋势;且在最佳工艺参数下,焊核有效面积最大,与此同时接头强度相对较高。随着被焊材料的抗拉强度和硬度值的升高,焊缝横截面焊核前进边高度Ha、返回边高度Hr以及宽度W越大;同时厚度方向上的挤压效应随着母材力学性能的增大而增强。异种材料FSW焊缝横截面焊核区以及紊乱区主要是以前进边较硬的材料为主。在较佳的工艺参数下进行铝合金FSW,接头断裂位置均在前进边热影响区;当有包铝层存在于铝合金表面时接头断裂主要发生在包铝层伸入的焊核和热机影响区交界处。组织不均匀和二次相团聚是接头处产生薄弱点的主要原因,试样断裂形式主要为韧性断裂。接头与母材的力学性能存在一定的线性关系,且接头的强度和硬度均超过母材的80%;细晶强化是提高焊接头力学性能的主要原因。母材的强度和硬度越高,搅拌摩擦焊后接头性能损失越严重。通过三种其他力学性能的铝合金搅拌摩擦焊对建立的数学模型进行了验证,得到的实验数据和数学模型的结果相差甚小,预测接头强度可控制在2%以内。这对于保证焊接构件的安全使用起到了至关重要的作用。为搅拌摩擦焊技术在航空航天构件中的应用提供一定的参考价值。

关键词：材料力学性能搅拌摩擦焊流动行为焊核尺寸接头力学性能