TA2薄壁钛管双TIG焊温度场和残余应力分布对接头组织性能的影响

针对纯钛TA2薄壁管的钨极氩弧焊(TIG)高速焊接时出现的咬边、驼峰等成形缺陷,以及焊接效率低等问题,提出采用双TIG焊接工艺,可有效提高焊接速度,改善焊缝成形的解决措施。同时采用ABAQUS对两种焊接方法建立焊接热弹塑性有限元模型,对比分析焊接温度场和焊后残余应力分布,并进一步对焊接TA2薄壁钛管进行显微组织分析及力学性能测试。试验结果表明:模拟所得的两种接头的焊缝轮廓尺寸与实际接头相近,双TIG焊接时焊缝中心温度低于TIG焊接,且双TIG焊缝附近Von Mises应力大于200 MPa的宽度小于TIG焊缝,焊后稳态时焊缝中心的Von Mises应力相近。双TIG焊缝中心及热影响区显微组织比TIG焊细小,两种接头的各项力学性能和耐海水腐蚀性能均满足相关标准要求。φ19 mm×0.7 mm的TA2钛管在获得良好焊缝成形的条件下,采用双TIG焊接工艺的焊接速度可达5 m/min。与TIG焊接工艺相比,生产效率大为提高,基本实现焊缝零缺陷。     

软磨料对电积钴表面油污去除机制研究

为清除成型电积钴块表面油污染并了解其去油机制,在滚筒摩擦磨损试验机上考察不同转速下不同体积比例磨料对油污染钴块表面的清洗效果以及磨损行为,采用扫描电子显微镜对钴块磨损表面形貌进行观察并分析磨损机制。结果表明:影响钴表面油污染去除效果的影响因素由大到小依次为转速、磨料类型和磨料与油污染钴块的体积比例;相同磨料体积比例下,转速越小则去油时间越短;相同转速与磨料体积比例条件下,稻壳对钴表面油污去除效果好于锯末。在文中试验条件下,转速为17 r/min、磨料与油污染钴块的体积比例为4∶1时,钴表面油污染清洗效果最佳。锯末对钴表面油污的去除以多周期重复疲劳机制为主,并伴随有显微切削机制;而稻壳对钴表面油污的去除是显微切削机制为主,伴有疲劳磨损机制。     

复杂约束下组合衬砌内衬钢管屈曲特性研究

为研究局部排水板铺设下组合衬砌的内衬钢管在外水压力作用下的屈曲失稳特性,首先基于Mises理论计算加劲式钢管临界外压弹性解,进而考虑自密实混凝土约束强度的差异性、材料非线性及外包介质的非均匀性,基于有限元软件ABAQUS建立组合衬砌三维数值计算模型,综合研究钢管受外围介质局部约束时的临界失稳特征,并与洞内明管方案及埋管方案进行对比。结果表明：自密实混凝土对钢管的约束可提升钢管抗外压能力,而排水板的存在会降低钢管抗外压能力;规范推荐的Mises理论设计方法适用于充分考虑外围约束下的钢管抗外压稳定设计;组合衬砌局部排水板铺设后,钢管临界屈曲压力与洞内明管方案近似一致,两者均表现为多波失稳,推荐组合衬砌内衬钢管在抗外压设计时不考虑约束作用。     

小麦颗粒弯管流动特性数值模拟研究

目的 为研究小麦颗粒在弯管处的气力输送的特性。方法 以欧拉-欧拉双流体模型为基础,结合壁面碰撞摩擦模型、颗粒动理学的固体应力和Gidaspow曳力模型构建出小麦颗粒在弯管处的气力输送模型,采用FLUENT对弯管处小麦颗粒气力输送过程进行数值模拟,分析小麦颗粒在流经弯管过程中及弯管后直管中的小麦颗粒密度分布、气固两相速度、小麦颗粒与壁面剪切力和颗粒相湍动能。结果 经过仿真分析和实验验证,小麦颗粒在流经弯管过程中,其颗粒相体积分数、气固两相速度、颗粒和壁面剪切力以及颗粒相湍动能4个方面随着流入弯管的角度变化而改变;由于颗粒-颗粒、颗粒-管壁之间的碰撞摩擦,小麦颗粒在流出弯管后随着输送距离的增大其各项参数逐渐减缓。结论 采用FLUENT软件进行仿真得到了弯管内小麦颗粒的流动特性,并通过实验验证了仿真的可靠性。此次研究结合气固两相理论,为弯管气力输送设计的研发和优化提供了理论基础。     

加劲式压力钢管临界外压数值计算方法

压力钢管是水利水电工程中常见的衬砌类型,其外压稳定性至关重要。为构建加劲式压力钢管临界外压有限元准确计算方法,提出“多环建模、分段约束”的数值求解模型,将计算结果与Mises理论公式、规范公式展开对比讨论;考虑复杂外部约束环境,全面探究加劲环位置不同约束方案对钢管抗外压能力的影响,并基于数值求解方案研究加劲环对钢管管壁临界外压的增强作用及其有效约束长度,结合光面管的屈曲临界外压公式进一步提炼一种新的加劲式压力钢管管壁临界外压快速计算方法。结果表明：有限元特征值屈曲计算具有较高的准确度,与Mises公式计算结果保持较好的一致性,而规范采用的简化式计算结果会随着钢管屈曲波数的变化与Mises公式存在不同程度的差异;针对采用不同径厚比的加劲式压力钢管,其管壁临界外压随着加劲环位置约束作用的提高而增大,随着加劲环间距、钢管半径与钢管厚度比值的增大而逐渐减小,并当加劲环间距大于20 m后不再发生明显的波动现象,逐渐失去约束作用;本文提出的加劲式压力钢管管壁临界外压快速计算方法可同时应用于光面管和加劲环管,与相关Mises理论公式、规范公式相比,具有准确性高、计算简单、方便使用的特点,可为实际工程中钢管管壁临界外压计算提供一种新的选择。     

纯镍及焊缝的耐蚀性分析

目前对纯镍及焊缝耐蚀性的研究较少。以纯镍N6及焊缝作为主要研究对象,采用浸泡腐蚀与电化学腐蚀试验等分析了纯镍及焊缝在不同浓度的H_2SO_4、NaOH及FeCl_3溶液中的耐蚀性。结果表明:常温(25℃)下,试样在不同腐蚀介质中浸泡腐蚀的耐蚀性优劣排序为:母材、填丝焊缝、不填丝焊缝;常温(25℃)电化学腐蚀试验中试样耐蚀性优劣排序:母材、填丝焊缝、不填丝焊缝;纯镍及焊缝在不同腐蚀介质中浸泡腐蚀试验与电化学腐蚀试验结果完全一致。纯镍及焊缝在不同浓度H_2SO_4、NaOH溶液中的耐蚀性评价为良好或耐蚀,可以在H_2SO_4、NaOH溶液环境中正常使用。     

镁-钢无匙孔搅拌摩擦点焊接头机械连接状态分析

采用无匙孔搅拌摩擦焊对DP600镀锌钢和AZ31镁合金进行点焊搭接试验,利用扫描电镜观察其微观组织,分析拉伸断口推断其断裂过程.结果表明:镁-钢接头成形受转速与轴肩下压量影响敏感,可施焊工艺参数窗口小;在最优工艺参数下,接头成形良好,镁和钢相互嵌入锁合充分明显,具有典型"机械连接"特征;接头宏观形貌上,镁和钢分别呈多钩状互相嵌入对方并呈涡流状缠绕在一起;微观形貌上,由于搅拌针直接穿过钢板,钢侧搅拌针作用部分区域被撕裂与搅碎,镁、钢层叠交错分布,流向性明显,并存在少量由于镁蒸发造成的微观孔洞;拉断试验中,镁、钢分离起始于搅拌区外围不存在机械连接作用的区域,直至裂纹扩展至焊核区镁、钢互相缠绕部分钢的裂纹处,沿裂纹发生撕裂将钢板从镁板上剥离,断后在钢板的搅拌区域形成较大孔洞;接头横截面显微硬度显示,无论镁层钢层,其硬度分布均呈"W"型,符合普遍搅拌摩擦焊接头硬度分布特征.     

纯镍母材及焊缝在熔融NaCl-Na_2SO_4中的热腐蚀行为

对纯镍在等离子弧焊(PAW)和等离子弧+钨极惰性气体保护焊(PAW+TIG)两种不同焊接工艺下得到焊缝及母材进行恒温的熔融盐NaCl 25 mass%-Na_2SO_4热腐蚀实验,并对腐蚀产物横断面进行形貌观察及微区成分分析,研究不同焊接工艺下焊缝组织和母材在恒温热腐蚀期间腐蚀行为和机理。结果表明:采用PAW和PAW+TIG两种焊接工艺方法所得焊缝的晶粒尺寸相差不大,其在腐蚀过程中无选择性和顺序性,不存在腐蚀孕育期,腐蚀起始主要沿着试样的边角处,试样出现较多的孔洞、裂纹和剥落,腐蚀产物均以NiO和Ni_3S_2为主;腐蚀质量损失曲线遵循抛物线规律,3种试样的耐热腐蚀性大小顺序为:母材PAW+TIG焊缝PAW焊缝。     

复合海底电缆顺-逆扭转特性对比研究

复合海底电缆在敷设和运行过程中由于外部荷载作用常发生扭转行为.文章基于有限元软件建立三芯光纤复合海底电缆局部段的精细数值模型,并开展了相关数值仿真实验,重点研究海缆顺-逆扭转方向以及扭转角度对海缆主要结构的受力影响.仿真结果表明,顺-逆扭转作用对于不同绞合方向的内部结构有不同程度的影响,海缆内部结构沿轴向方向扭转角度具...     

穿越城区隧洞分离式衬砌承载机理及性能优化研究

近年来我国兴建的穿越城区引水隧洞工程采用了一种新型分离式衬砌,但其承载机理尚不够明晰。以某水资源配置工程中穿越城区的TBM施工输水隧洞为对象,建立输水隧洞分离式衬砌整体三维有限元数值模型,分析了衬砌的变形、受力和承载比等特征。结果表明：设计内压作用下,钢衬和自密实混凝土径向紧密贴合,排水板铺设范围内两者径向变形明显大于管片,排水板铺设范围外三者径向同步变形,钢衬应力水平低且分布极不均匀,管片应力超过抗裂限值,内水压主要由围岩承担,钢衬承载比例明显低于预期;降低钢衬-自密实混凝土界面、自密实混凝土-管片界面的摩擦系数,均能使钢衬应力分布的均匀性增加,有利于钢衬承载性能的发挥,且对管片抗裂有利;提高排水板厚度与综合模量比值d/E,可以提升钢衬承载比,控制d/E在12.4～45.1 mm³/N范围内,可以满足钢衬容许应力和管片抗裂设计的要求,同时使分离式衬砌钢衬主要承担内水压的设计理念得以实现。