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表面形貌对铝/镁热轧复合结合强度的影响

塑性工程学报 2024年第3期31卷 157-170页

作者：张文哲朱加辉郑阳姜润五余超肖宏燕山大学国家冷轧板带装备及工艺工程技术研究中心河北秦皇岛066004

选用5052铝合金与AZ31B镁合金作为复合材料进行热轧复合,研究表面形貌对铝/镁热轧复合结合强度的影响。在热轧复合前使用不同直径钢丝刷对板材表面进行打磨处理,通过单向拉伸实验、扫描电镜以及激光共聚焦显微镜对打磨处理后板材的表面... 详细信息

选用5052铝合金与AZ31B镁合金作为复合材料进行热轧复合,研究表面形貌对铝/镁热轧复合结合强度的影响。在热轧复合前使用不同直径钢丝刷对板材表面进行打磨处理,通过单向拉伸实验、扫描电镜以及激光共聚焦显微镜对打磨处理后板材的表面状态和形貌进行测试和观察。然后使用热轧复合法在25%、 35%和45%压下率下轧制制备出铝/镁复合板并通过万能试验机、扫描电镜、 X射线能谱仪对复合板的结合强度、微观形貌和元素分布进行测试和观察。最后通过轧卡和剥离实验对45%压下率不同直径钢丝刷打磨处理条件下铝/镁热轧复合过程中板材表面形貌的变化进行观察。结果表明,不同直径钢丝刷打磨处理仅改变了板材的表面形貌,未使板材表面形成硬质层。在25%和35%压下率下,铝/镁复合板的结合强度随着钢丝刷直径的增加而增加,但当压下率达到45%后,随着钢丝刷直径的改变,铝/镁复合板的结合强度稳定在71.2 MPa左右。通过改变板材表面形貌可以使铝合金和镁合金在低压下率下实现良好结合,但当压下率达到45%之后,板材表面形貌的变化不会再对铝/镁复合板的结合强度产生明显影响。

关键词：铝/镁复合板表面形貌硬化层结合强度热轧

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移动感应加热异温轧制钛/铝复合板的协调变形和力学性能

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中国有色金属学报 2024年第2期34卷 400-411页

作者：高勃兴肖宏余超朱加辉燕山大学国家冷轧板带装备及工艺工程技术研究中心秦皇岛066004 燕山大学机械工程学院秦皇岛066004

提出了一种移动感应加热异温轧制制备钛/铝复合板的方法,应用电磁感应单独加热移动的钛板,与室温铝板轧制复合,实现钛和铝的协调变形,提高了复合板的结合强度。采用ANSYS有限元软件模拟移动感应加热过程中钛板的温度变化过程,确保在轧... 详细信息

提出了一种移动感应加热异温轧制制备钛/铝复合板的方法,应用电磁感应单独加热移动的钛板,与室温铝板轧制复合,实现钛和铝的协调变形,提高了复合板的结合强度。采用ANSYS有限元软件模拟移动感应加热过程中钛板的温度变化过程,确保在轧辊入口位置时,钛板沿宽度方向温度分布均匀。基于有限元模拟结果确定钛板移动速度和感应加热参数,并进行了移动感应加热和轧制复合实验,研究了不同压下率对于钛/铝复合板协调变形和结合强度的影响。结果表明:随着压下率的增加,钛/铝变形率差值先减小后增大,当轧制压下率为39.4%时,钛/铝轧制变形率基本一致,轧后复合板平直,界面剪切强度最高,达到124.6 MPa,剪切断裂发生在铝基体上。

关键词：钛/铝复合板移动感应加热异温轧制剪切强度协调变形

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圆成方辊弯成形孔型设计及工艺参数优化

华中科技大学学报(自然科学版) 2024年第6期52卷 135-141+163页

作者：邢梦龙王海军付玉涛杜凤山燕山大学国家冷轧板带装备及工艺工程技术研究中心秦皇岛宸铭异型管制造有限公司

基于体积不变定律和金属连轧秒流量相等原则计算了孔型设计中的相关参数，以50 mm×50 mm×6 mm的方管为研究目标，基于拓扑映射原理对孔型参数进行设计计算；根据辊花图建立了辊弯成形有限元模型，分析不同工艺参数对增厚系数的影响，... 详细信息

基于体积不变定律和金属连轧秒流量相等原则计算了孔型设计中的相关参数，以50 mm×50 mm×6 mm的方管为研究目标，基于拓扑映射原理对孔型参数进行设计计算；根据辊花图建立了辊弯成形有限元模型，分析不同工艺参数对增厚系数的影响，基于响应面法建立了角部增厚的回归模型；结合国标GB/T6728-2002和角部充满度考虑，采用不同优化算法对回归模型进行优化，将优化方案的仿真结果与原方案进行对比；以优化方案作为初始参数进行辊弯成形试验，将优化方案的仿真结果与试验结果进行对比．结果表明：孔型设计的仿真结果与设计结果在角部存在一定误差；角部的欠充满状态可以采用增加圆管管径的方式进行补偿，但同时会引起壁厚的增加；虚拟仿真数据能够用于回归模型的建立，优化方案的仿真结果与回归模型的预测结果误差较小，验证了回归模型的可靠性；优化方案的仿真结果使得角部充满度较原方案更高，验证了优化结果的有效性；优化结果与试验结果误差小于10%，验证了有限元模型的准确性．

关键词：辊弯成形孔型设计有限元模型响应面法优化算法

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异温轧制钛/铝复合板温度控制及性能研究

稀有金属材料与工程 2024年第6期 1693-1700页

作者：余超郭允畅肖子涵姜润五和志斌肖宏燕山大学国家冷轧板带装备及工艺工程技术研究中心

为实现钛铝异温轧制复合过程中钛板电磁感应加热时温度分布更均匀，设计不同的感应加热线圈组对钛板进行加热，使用有限元模拟了电磁感应加热中感应线圈的结构参数对温度场的影响，通过调节感应加热参数将钛板宽度方向温差控制在50℃以... 详细信息

为实现钛铝异温轧制复合过程中钛板电磁感应加热时温度分布更均匀，设计不同的感应加热线圈组对钛板进行加热，使用有限元模拟了电磁感应加热中感应线圈的结构参数对温度场的影响，通过调节感应加热参数将钛板宽度方向温差控制在50℃以内，形成较均匀的钛板温度。对钛板进行感应加热和测温试验，在较短时间的加热下形成了平均温度635℃，温差45℃以内的钛板温度，验证了仿真结果的正确性。对均匀性较好的高温钛板与室温铝合金板进行异温轧制，制备出界面剪切强度为63.3MPa的钛/铝复合板，并对制备出的钛/铝复合板结合性能的分布受温度均匀性的影响做了分析。

关键词：钛/铝复合板异温轧制感应加热温度控制线圈设计

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冷轧铜带板形控制系统数字孪生研究

中国有色金属学报 2024年

作者：高心成刘宏民王东城石磊腾燕山大学国家冷轧板带装备及工艺工程技术研究中心

为了推进冷轧铜带板形控制技术的进步，提高轧制过程的数字智能化水平和产品质量，以板形控制的物理系统和数学模型为基础，应用在线传感、互联网、云服务、大数据、建模仿真、机器学习等技术，研发了一套冷轧铜带板形控制数字孪生系统... 详细信息

为了推进冷轧铜带板形控制技术的进步，提高轧制过程的数字智能化水平和产品质量，以板形控制的物理系统和数学模型为基础，应用在线传感、互联网、云服务、大数据、建模仿真、机器学习等技术，研发了一套冷轧铜带板形控制数字孪生系统，实现了与物理系统的实时互动与循环赋能，形成了面向板形控制的信息物理系统。在600 mm四辊轧机和600 mm六辊轧机上的工业应用表明，冷轧铜带板形控制数字孪生系统，不仅可以实时监控和优化轧制过程，改善板形控制效果，而且可以预警轧制故障，提高轧机运行的稳定性和安全性。为研发新一代冷轧带材板形智能控制技术和系统，提供了新的思路方法和应用场景。

关键词：冷轧铜带板形控制数字孪生建模仿真机器学习

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基于内禀耗散理论的高周疲劳双尺度伤演分析

机械工程学报 2024年

作者：张伟李如俊葛士涛彭艳燕山大学国家冷轧板带装备及工艺工程技术研究中心

金属构件高周疲劳裂纹萌生于内部的部分晶粒，经典唯象损伤理论无法揭示细观晶粒尺度上的损伤形态和演化过程，难以建立损伤真实描述。基于唯象损伤力学内禀耗散理论和Lin-Taylor假设，建立一种表征晶粒不可逆应变耗散的细观塑性耗散势... 详细信息

金属构件高周疲劳裂纹萌生于内部的部分晶粒，经典唯象损伤理论无法揭示细观晶粒尺度上的损伤形态和演化过程，难以建立损伤真实描述。基于唯象损伤力学内禀耗散理论和Lin-Taylor假设，建立一种表征晶粒不可逆应变耗散的细观塑性耗散势，并利用细观积分思想获得晶粒尺度累积塑性应变的宏观当量表征，进一步建立了一种高周疲劳损伤演化双尺度模型。该模型同时考虑了损伤驱动力循环特性和裂纹闭合行为的单双边效应，适用于单轴、多轴比例以及多轴非比例加载工况。通过ABAQUS实现构件受载工况，使用UMAT子程序嵌入计算损伤驱动力。最后利用航空工业常用的金属材料铝合金LY12CZ、5%铬钢和C35钢在不同加载路径下的试验数据来评估和验证所提出的双尺度模型,并与多个已有模型进行对比验证，结果表明，新建模型具有良好的寿命预测效果。新模型揭示细观力学行为与唯象损伤演化的主要关联，为解决金属材料疲劳损伤破坏这类涉及多尺度行为的复杂力学问题提供了新思路。

关键词：高周疲劳内禀耗散累积塑性应变双尺度寿命预测

Fe-Mn-Al-C系奥氏体基低密度钢使役性能研究进展

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机械工程学报 2024年第8期60卷 34-47页

作者：孔玲王玉辉杨浩坤彭艳燕山大学国家冷轧板带装备及工艺工程技术研究中心秦皇岛066004 香港生产力促进局智能制造部中国香港999077

双碳战略催生轻量化材料和技术的蓬勃发展。作为最重要的结构材料之一,钢铁材料在国民经济发展中扮演重要角色。Fe-Mn-Al-C系钢具备优异的轻量化特征、耐腐蚀性、机械强度(抗拉强度600~2000 MPa)和塑性(伸长率30%~100%)匹配,引起国内外... 详细信息

双碳战略催生轻量化材料和技术的蓬勃发展。作为最重要的结构材料之一,钢铁材料在国民经济发展中扮演重要角色。Fe-Mn-Al-C系钢具备优异的轻量化特征、耐腐蚀性、机械强度(抗拉强度600~2000 MPa)和塑性(伸长率30%~100%)匹配,引起国内外极大关注。其中,奥氏体基低密度钢在综合性能和加工方面具有显著优势,是汽车、交通、军事等领域结构件极具潜力的轻量化先进钢铁材料。对近年来国内外发表的Fe-Mn-Al-C系低密度钢典型使役性能进行总结和分析,着重聚焦其作为结构件应用中的“基本力学性能、加工成形性能和重要服役性能”等方面,综述Fe-Mn-Al-C系奥氏体基低密度钢使役过程中的力学行为、变形特征以及冲击、疲劳和腐蚀等使役评价,归纳阻碍该类钢作为结构件工业应用仍需突破的科学与技术问题,提出未来提高奥氏体基Fe-Mn-Al-C系低密度钢使役性能的重点方向和研究路径,以期为奥氏体基低密度钢作为结构件应用研究提供参考。

关键词：奥氏体基低密度钢 Fe-Mn-Al-C 力学性能成形性能服役性能

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CFRP缠绕周向内波纹耐压壳铺层优化设计

中国舰船研究 2024年

作者：吴润泽孙建亮张旭齐铭方燕山大学机械工程学院燕山大学国家冷轧板带装备及工艺工程技术研究中心

【目的】为迎合深海潜航器耐压壳结构低重量、高强度的发展趋势，提出碳纤维复合材料（CFRP）缠绕铝合金周向内波纹耐压壳的结构增强方法，并对其CFRP铺层方式进行优化设计分析。【方法】利用ABAQUS有限元仿真软件，通过改变CFRP铺层参... 详细信息

【目的】为迎合深海潜航器耐压壳结构低重量、高强度的发展趋势，提出碳纤维复合材料（CFRP）缠绕铝合金周向内波纹耐压壳的结构增强方法，并对其CFRP铺层方式进行优化设计分析。【方法】利用ABAQUS有限元仿真软件，通过改变CFRP铺层参数，根据复合材料层的层间应力分布情况，探究14层CFRP铺层下最佳缠绕角度，进而获得其最佳铺层方式。并结合相关强度失效准则，对其强度进行校核。【结果】研究结果表明：CFRP增强周向内波纹耐压壳最优缠绕角度为40°，在铺层方式为（±40°2/±55°2/±70°2/90°2）时，层间应力分布相对较为均匀。并且在该结构强度满足实际使用需求的同时，其有着更轻的重量。【结论】该结构可降低深海耐压壳整体重量，推动该领域向轻量化设计方向发展。

关键词： CFRP 周向内波纹耐压壳缠绕角度铺层方案

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高频直缝焊管感应加热与挤压成型过程

钢铁 2024年

作者：李大龙焦毅维卢言路肖瑶邸鑫韩毅黄华贵燕山大学机械工程学院燕山大学国家冷轧板带装备及工艺工程技术研究中心

目前，中国多数焊管厂在生产加工过程中，长期依赖操作工观察电火花状态和焊缝毛刺形貌等宏观物理特征来调整焊接生产相关工艺参数，但是依靠目测观察的方式误差较大，缺乏量化、科学的理论指导，容易出现冷焊或过烧等质量缺陷。建立了... 详细信息

目前，中国多数焊管厂在生产加工过程中，长期依赖操作工观察电火花状态和焊缝毛刺形貌等宏观物理特征来调整焊接生产相关工艺参数，但是依靠目测观察的方式误差较大，缺乏量化、科学的理论指导，容易出现冷焊或过烧等质量缺陷。建立了直缝焊管的感应加热模型和挤压成型模型，通过数值模拟得出焊管感应焊接成形过程中的温度场和应力场的分布，以及焊管毛刺形貌的演变过程，揭示了焊接毛刺成形宏观形貌特征随电参数和几何参数的变化关系。以金属流线角作为焊接质量评价标准，引入焊接毛刺高宽比作为特征值来描述毛刺形貌高度与宽度的内在联系。采用控制变量法逐一分析了不同焊接工艺参数对焊接毛刺成形宏观形貌特征的影响，发现金属流线角和高宽比特征值随挤压量、焊接速度、线圈距离的增大而增大，随电流频率和电流大小的增大而减小，并确定了焊接工艺参数的合理范围。最后进行了焊接过程金属流线分布的相关试验，将数值模拟结果与试验结果进行对比，结果表明数值模拟得到的金属流线角与试验值的误差在4°以内，且两者金属流线角随焊接过程中挤压量大小的变化趋于一致，验证了模拟结果的合理性。该研究成果为进一步优化高频钢管焊接过程的工艺参数提供了理论参考。

关键词：高频焊接焊管挤压成型焊缝毛刺金属流线