基于δ函数的爆炸焊接界面应力场数值分析

以紫铜-低碳钢爆炸焊接复合板材为研究对象，采用等截面均匀梁模型，建立狄拉克δ函数的自由振型数学方程。模拟计算复合材料界面的应力场分布情况，得到了不同爆炸焊接参数下的界面应力场的数值大小及分布形式，发现了碰撞点应力场分布规律。结果表明：爆炸焊接在碰撞点处形成较为强大的冲击压力，相应地在碰撞点两侧出现了负压，为复板材料侵入基板提供了有利条件，该计算模型可以很好地解释波状界面的成形机理。同时实验结果与采用所建立数值模型的计算结果十分吻合，焊接试件界面波纹的质量受碰撞角β和炸药爆速υd的影响较大。通过选择合理的爆炸焊接参数，以适当的数值计算方法作为指导，就可以获得良好的爆炸焊接试件。     

双立爆炸焊接及防护装置数值模拟和试验

通过设计一种防护结构,建立了双立爆炸焊接以及防护装置三维数值模型.模拟了双立爆炸法两对复合板的焊接和运动过程以及与防护装置的碰撞过程,获得了爆炸焊接复合板压力场、速度场的分布.所建立的爆炸焊接三维数值模型可计算复板运动最大速度与碰撞点的压力,为防护装置的设计优化提供理论基础和依据.采用此防护装置及双立爆炸方法,装药量仅为现行平行爆炸焊接方法的1/3,而且焊后复合板不会产生明显变形,易于后续加工.     

双立式爆炸焊接R-δ型可焊性窗口

针对双立式爆炸焊接新方法的爆轰驱动特点,通过研究双立式爆炸焊接条件下的焊接下限、焊接上限、临界起爆厚度、临界碰撞角和临界复板厚度等可焊性边界条件,构建了一种静态参数下的双立式爆炸焊接R-δ型可焊性窗口;该窗口综合反映了爆炸焊接中的复板特性和炸药特性两大焊接参数,所建立的铜、不锈钢、铝合金等材料的双立式爆炸焊接R-δ型可焊性窗口可直接运用于工程实践中;根据双立式爆炸焊接R-δ型可焊性窗口设置的15 mm超低药量试验下的304L/Q235b复合板实现了高质量的微小波状结合,说明该窗口可以作为确定双立式爆炸焊接工艺参数的依据.     

304不锈钢/Q235钢的多层爆炸焊接

为解决传统爆炸焊接中能量利用率和工作效率较低的问题,提出了一种多层爆炸焊接新方法.以五层爆炸焊接为例,304不锈钢板和Q235钢板分别作为复板和基板,进行了多层爆炸焊接和传统单层爆炸焊接的对比试验,并对爆炸焊接窗口和复板碰撞速度进行了理论计算. 结果表明,与传统爆炸焊接技术相比,五层爆炸焊接中可节省炸药量63%,并且五层爆炸焊接技术通过一次爆炸作业可获得五块焊接板,有利于提高爆炸焊接作业的工作效率. 此外,得到了304不锈钢和Q235钢的爆炸焊接窗口并对结合质量进行了预测,试验和预测结果吻合良好.     

平板金属爆炸焊接过程数值模拟

利用大型有限元软件ANSYS/LS-DYNA对平板金属爆炸焊接过程进行了数值模拟,获得了爆炸焊接过程中形成的射流及波形,模拟结果与试验结果表现出良好的一致性.数值模拟结果证明,数值模型较准确的反映了爆炸焊接射流和波形的形成过程.同时,输出特征点压力和速度—时间曲线可显示出起爆近点压力小于起爆远点压力.在相同药层厚度条件下,起爆近点爆炸复合能量不足,易出现雷管区边界效应,影响焊接质量.此外,通过数值计算碰撞点压力与速度分布,并与理论计算结果进行了比较,说明数值计算值与理论计算值误差不超过5%,可有效指导爆炸焊接参数的选择.     

管–管板爆炸焊接中圆管膨胀规律

管板爆炸焊接中,圆管与管板的碰撞速度是影响爆炸焊接质量的重要因素,为了计算圆管与管板爆炸焊接时的碰撞速度,以爆炸焊接理论与圆管膨胀理论为基础,推导得出圆管膨胀半径与膨胀速度的对应关系,进而可得到圆管和管板间隙与碰撞速度的对应关系。文中通过理论分析与圆管膨胀过程仿真得到圆管膨胀后半径与速度的计算公式,利用管板爆炸焊接数值模拟与管板爆炸焊接试验对其进行验证。结果表明,圆管与管板紧密结合,结合界面为理想的小波状结合,结合界面无孔洞、裂纹等明显缺陷,结合质量良好。故依据公式选取的圆管与管板间隙合理,此公式可靠,可以用于计算内爆时圆管与基材不同间隙对应的碰撞速度,通过确定间隙得到理想碰撞速度,从而达到良好的焊接质量。     

表面处理对爆炸复合质量的影响

爆炸复合时,基复板发生高速高压倾斜碰撞的瞬间,在碰撞点处形成高速喷射流,使欲结合的表面上的污物、氧化膜得到破碎和清除,达到冶金结合。显然,待结合表面的状态对喷射流的形成及其效果是有影响的。基复材待复合表面的理想状态是平直、光洁、平滑。     

爆炸焊接最小作用量原理分析

最小作用量原理是自然界的一条基本法则,也是物理学的最后规律.通过爆炸焊接的理论分析、界面测试和生产实践发现,爆炸焊接过程也遵循物理学"最小作用量原理",即以最小的装药量获得最佳的焊接界面.在复板和基板发生非弹性碰撞直至结合这一力学过程中,其"作用量"可认为是"复板和基板的结合能量".为了使界面结合能量为最小,在选取爆炸焊接工艺参数时,需遵循"装药厚度下限法则"和"基复板间隙上限法则"等原则,并优选"最低临界爆炸速度炸药",即可实现爆炸焊接过程"最小作用量原理",从而使爆炸焊接界面状态达到最佳.     

Monel合金/Cu爆炸复合棒复合过程数值模拟

利用非线性显式动力学软件AUTODYN-2D对Monel合金/Cu爆炸复合棒进行二维复合过程模拟.再现了爆炸复合过程,模拟了射流产生、波形界面等爆炸复合的特殊现象,得到了碰撞区域压力、速度、应力、等效塑性应变、等效塑性应变率和温度的分布情况,所得动态参数的模拟结果与理论计算相符.碰撞区域的应变及应变率分布表明:在界面处存在一层剧烈的剪切变形区;碰撞区域温度分布表明:碰撞点及射流最高温度都达到了基体Cu的熔点,说明爆炸复合是一种达到材料熔点的冶金结合,且界面两侧区域均有明显的温度梯度,存在热影响区.     

基于SPH法的爆炸焊接边界效应二维数值模拟

为了揭示造成爆炸焊接边界效应的机理,文中借助LS-DYNA软件,采用无网格的SPH法分别对复板厚度为2 mm、基板厚度为16 mm的Q235/Q235、TA2/Q235、304不锈钢/Q235复合板进行爆炸焊接边界效应的二维数值模拟. 观察不同组模拟过程中的复板飞行姿态,复板撕裂均发生在与基板碰撞之前. 当基板保持一致,炸药分别为乳化炸药与膨化铵油混合炸药,复板为TA2时均比复板为Q235钢以及304不锈钢的撕裂尺寸更大;当基板、复板均为Q235钢,乳化炸药条件下比膨化铵油混合炸药条件下复板的撕裂尺寸更大. 结果表明,在复板、炸药变化的情况下,爆炸焊接的边界效应依旧存在,只是产生的边界效应的严重程度有所不同;复板极限抗拉强度越低或炸药爆轰速度越高,边界效应现象越严重.     

淬火残余应力对铝合金厚板裂纹应力强度因子及扩展趋势的影响

为探究淬火残余应力对铝合金厚板疲劳裂纹扩展的影响规律,建立7075铝合金厚板表面三维裂纹数值仿真模型。采用顺序热力耦合法求解淬火残余应力场,将残余应力场作为初始载荷条件求解裂纹应力强度因子,并与无残余应力场的应力强度因子值进行对比,研究两种条件下应力强度因子的分布规律和两者之间的异同;通过分析在初始淬火残余应力条件下不同半径裂纹受不同均匀拉应力荷载作用时的裂纹应力强度因子随裂纹位置角的演变曲线,探究淬火残余应力对裂纹扩展趋势的影响规律。结果表明,淬火残余应力的存在改变了铝合金厚板应力强度因子的分布规律和裂纹的扩展趋势,淬火残余应力使表层附近的裂纹扩展受到遏止,裂纹易于在厚度方向优先扩展。     

铝合金变极性等离子弧焊应力场数值分析

以传热学及热弹塑性有限元分析法为理论基础,利用ANSYS有限元分析软件,对铝合金变极性等离子弧焊接温度场、应力场进行数值模拟. 建立 "高斯+双椭球"热源模型,通过正反极性不同尺度热源模型的循环加载,实现对焊接温度场及其应力场较准确的计算;焊后在焊缝的纵、横方向选取不同的点进行残余应力实际测量. 结果表明,不同路径上焊接残余应力值其分布规律与理论基本相同;实际测量结果同计算结果进行比较,二者数值相差较小,说明数值分析的计算结果具有一定的理论指导意义.     

流函数法在铸轧变形理论分析中的应用

根据流体力学中的ＮａｖｉｅｒＳｔｏｋｅｓ方程,利用流函数法,对铸轧变形区的流变特性进行了理论分析。铸轧板的宽长比较大,可简化为平面问题,由此建立的二阶偏微分方程组,直接求解仍较困难;引入流函数,设定并建立铸轧区的速度场,使其满足不可压缩条件和速度边界条件,这样求解偏微分方程组成为可能,并由此可为求出板带铸轧变形区的单位压力分布解析式创造条件。     

Residual stress analysis with improved numerical methods for tempered plate glasses based on structural relaxation model

Glass has useful optical properties but shows unfavorable mechanical performance such as poor impact resistance. As a way to improve such inferior mechanical performance, glass undergoes tempering processes which introduce through-thickness residual stress. Here, the residual stress is numerically analyzed for a soda-lime silicate glass plate under the one-dimensional through-thickness symmetric boundary conditions. As for the constitutive law, the structural relaxation model was used to account for the non-equilibrium thermodynamic state of micro-structures in calculating volume change during cooling and also the visco-elastic nature of mechanical properties. Results obtained using improved numerical methods were compared with experiments as well as results available in previous literatures.     

臼头臼座应力特性研究

借助非线性有限元接触理论,在分析定宽机运动特性和板坯侧压过程臼头臼座受力状况的基础上,建立了臼头臼座接触的有限元模型.以测试的最大轧制力为有限元模型的力边界条件.计算了臼头臼座接触区域内节点应力场的分布,获得了应力峰值和其发生的位置.研究结果表明:接触应力峰值为89.68 MPa,在其许用范围之内.该研究成果对于进一步发掘1580SSP轧机的潜力和了解关键零部件的受力状态提供了理论依据,对现场人员了解臼头臼座的工作状态和发挥没备的潜力提供了参考.     

偏航制动摩擦片热力耦合计算及失效原因分析

目的结合摩擦片的失效原因,分析偏航制动摩擦片的接触面受力情况。方法利用有限元法建立制动盘和制动器摩擦片的热力耦合接触模型,设置摩擦片和制动盘的参数和材料性能,研究不同压力、滑动速度、摩擦系数和环境温度下的制动器摩擦片应力和温度的分布情况。结果得到了偏航压力、滑动速度、摩擦系数、环境温度对制动器摩擦片接触面的等效米塞斯应力和温度分布曲线,摩擦片两侧区域属于等效应力和温度分布的交变集中区,但靠近边缘,等效应力和温度值略微减小。适当减小压力,增大滑动速度,减小摩擦系数,有助于减小摩擦片接触面的等效米塞斯应力分布,温度对摩擦片接触面的等效米塞斯应力分布基本无影响。得到了摩擦片接触面等效米塞斯应力和温度场与接触面位置的高斯分布曲线方程。通过将制动器摩擦片磨损失效照片和文中计算数据进行对比,验证了有限元分析的正确性。结论通过合理选择偏航压力、滑动速度、摩擦系数,可以有效地缓解偏航制动器摩擦片的等效应力和温度分布的交变集中区,进而达到延长摩擦片使用寿命的目的。     

多道激光熔覆温度场的有限元数值模拟

分析了激光熔覆过程中温度场的主要影响因素,在主要考虑边界条件和热源数据的基础上,建立了送粉式激光熔覆多道搭接情况下温度场的有限元计算模型,并对板材上搭接三道熔覆层的熔覆温度场进行了三维数值模拟,得到了每道熔覆层上中心点的温度变化规律.结果表明,在激光熔覆过程中每道熔覆层中心点上的温度随时间延长呈锯齿状变化,且每个中心点所能达到的最高温度并不相同.此外,搭接情况下,熔覆层中心点每次升温前的最低温度是随着熔覆顺序的进行而逐渐升高的,且升高趋势类似于抛物线.此计算结果合理,为研究应力场和应变场的变化规律打下基础.     

船舶板材边界条件对高频感应弯板成形的影响

采用ANSYS软件对低碳钢平板的高频感应线状加热弯板成形过程进行热弹塑性有限元分析,利用相关数值结果定性分析了平板边界条件对最终面内收缩变形和角变形的影响,从而为船板成形自动化加工提供数据支持.结果表明,随着纵向边缘受约束点的增加,平板总应力增大,低应力区域减小,横向收缩变形增大,纵向收缩变形、横向角变形的变化趋势与横向收缩相反,纵向角变形则先减小后增大;随着约束的加强,各方向位移减小.     

基于变分原理卸荷裂隙岩体非线性强化阶段的半反推法

裂隙岩体在卸荷条件下非线性强化阶段本构方程结合摩擦约束小位移变形弹性问题的基本方程,以σij,ui为独立变量构造两类变量的试泛函,运用半反推法将试泛函对独立变量σij,ui变分,并分别在Γu边界、Γσ边界上导出试泛函中的待定函数F、M、Q,将其代入试泛函,得出非线性强化阶段卸荷裂隙岩体变分问题的基本方程和能量泛函,将得出的理论公式与实验结果对比分析,证明了理论公式的有效性。     

平整机轧制压力模型的改进

考虑到应力和变形沿带材厚度分布的不均匀性,因此不采用卡尔曼的平面假设,而按照接触表面边界条件列出相应的平衡微分方程,建立起一套新的针对平整轧制的实用轧制压力改进模型,经现场使用效果良好。