中頻感應加熱消除薄板焊接失穩(wěn)變形的機理研究

水面艦艇及遠洋高技術客船的輕量化建造，使得高強鋼薄板結構的應用逐步增多；高強鋼薄板在滿足船體結構強度和剛度的同時，會因厚度的銳減，在建造過程中發(fā)生失穩(wěn)屈曲現(xiàn)象，影響船舶建造的精度和周期。本研究基于焊接失穩(wěn)變形預測及力學機理的分析，提出使用中頻感應加熱，在遠離焊縫的區(qū)域，產生同步的附加熱源；增加整個焊接接頭的平均溫度，進而減小母材對焊縫的自約束強度，得到較小的焊接縱向收縮力，避免焊接失穩(wěn)變形的產生。通過多組薄板焊接試驗、溫度場及面外失穩(wěn)變形的測量，分析了焊接溫度場與感應加熱溫度場之間的耦合效應；提出了焊接縱向收縮力的精確評估方法，建立了焊接固有變形數據庫；基于三根棒模型和平均溫度的概念，解釋了附加熱源降低焊接接頭自約束，及減小焊接縱向收縮力的內在機理。使用高效的熱-彈-塑性有限元計算，研究了附加熱源強度和位置等過程參數對消除焊接失穩(wěn)變形的影響，建立了虛擬的多變量試驗空間，實現(xiàn)過程工藝參數的優(yōu)化分析?；诨痦椖康难芯浚环矫?，提出了感應加熱熱源模型，預測了瞬態(tài)溫度場及其產生的殘留變形；采用塑性應變積分法，獲得焊接及感應加熱過程耦合作用下的縱向收縮力；同時，從力學機理上闡述了輔助感應加熱增加焊接接頭平均溫度、減小母材的自約束強度，以及消除高強鋼薄板焊接失穩(wěn)變形等科學問題；另一方面，建立了感應加熱工藝參數（熱源強度和加熱位置）的虛擬試驗空間，通過大通量的熱-彈-塑性有限元計算得到了優(yōu)化的工藝參數組合，為實際工程問題的解決，提供了必要的理論指導，且具有一定的借鑒意義。 2100433B

在“輕量化造船”中，焊接產生的固有變形使得高強鋼薄板制造的船體加筋板發(fā)生失穩(wěn)；而伴隨焊槍移動的中頻感應加熱，可有效地消除焊接失穩(wěn)變形。通過感應加熱溫度場的模擬，以及感應加熱和焊接加熱溫度場的耦合分析，得出感應加熱對整體溫度場分布的影響機理。通過對不同感應加熱和焊接加熱下整體溫度場平均溫度的測量和計算，建立感應加熱和平均溫度關系的數學模型，闡明感應加熱時，整體溫度場變化的現(xiàn)象本質。通過焊接變形的測量和有限元分析，估算感應加熱作用下的焊接固有變形，初步揭示感應加熱消除焊接失穩(wěn)變形的內在機理。三根棒力學模型分析感應加熱時的焊接過程，結合固有應變的產生機理，解釋側棒溫度因感應加熱升高時，主棒固有應變減小的內在機制。本項目以固有變形為依據，闡明了感應加熱作用時，焊接失穩(wěn)變形消除的內在機理；為高質高效的船體加筋板制造工藝的制定，提供理論依據；對提升我國高新船舶制造的市場競爭力具有重要意義。

路面變形破壞機理與消除方法作者簡介

作者：（白俄羅斯）B.A.韋連科 譯者：汪福卓

路面變形破壞機理與消除方法目錄

1 路面結構變形破壞機理

1.1 路用復合材料的結構類型與性能間的相互關系

1.2 路面材料結構破損累積動力學研究

1.3 路面材料與可靠性參數間的相互關系

2 路面變形基本概念與分類

3 路面塑性變形機理及消除方法

3.1 路面塑性變形的類型與分級

3.2 材料性能決定塑性變形及評估方法

3.3 路面塑性變形穩(wěn)定性標準

3.3.1 面層材料塑性變形穩(wěn)定性條件

3.3.2 塑性變形積累對交通荷載參數的影響

3.3.3 路面材料及其結構性能對塑性變形積累的影響

3.4 預防路面塑性變形的基本措施

3.4.1 設計階段對預防塑性變形應采取的措施

3.4.2 運營期間消除塑性變形應采取的方法

4 路面脆性變形原因及消除方法

4.1 路面裂縫的分類與分級

4.2 材料易出現(xiàn)脆性變形的特征及評估方法

4.3 路面出現(xiàn)裂縫的原因與標準

4.3.1 裂縫形成的條件與標準

4.3.2 交通荷載對溫度和疲勞抗裂的影響

4.3.3 路面結構和材料性能對裂縫形成的影響

4.4 防止路面脆性變形的基本措施

4.4.1 設計階段出現(xiàn)脆性變形的預防措施

4.4.2 運營期間消除脆性變形的方法

5 路面腐蝕變形破壞原因與消除方法

5.1 路面腐蝕變形破壞類型與分級

5.2 承擔腐蝕變形的材料性能

5.3 造成腐蝕變形的原因和標準

5.3.1 路面材料的腐蝕變形穩(wěn)定性及抗破壞標準

5.3.2 腐蝕變形積累對交通荷載參數的影響

5.3.3 路面結構和材料性能對腐蝕變形過程的影響

5.4 腐蝕變形的消除方法

5.4.1 設計階段腐蝕變形的消除方法

5.4.2 運營階段腐蝕變形的消除措施

6 提高路面材料可靠性和耐久性的方法

6.1 提高路面可靠性和耐久性的一般原則

6.2 提高路面材料可靠性和耐久性的結構措施

6.2.1 路面層與路面整體結構設計的新原則

6.2.2 推薦適于白俄羅斯條件路面的有效結構和材料

6.3 提高路面材料可靠性和耐久性的材料學措施

6.3.1 提高路面材料質量的基本方法

6.3.2 新型高性能材料的使用與施工工藝

結論

參考文獻2100433B

邊坡失穩(wěn)是水利水電工程、交通工程和城市建設中常見的工程地質災害，也是工程地質和巖土工程領域的研究熱點。土質邊坡失穩(wěn)因周圍土體約束的空間效應而呈現(xiàn)明顯的三維特征，加固體的存在將進一步強化三維效應。由于數學模擬與力學分析方面的局限，二維分析方法仍是邊坡穩(wěn)定分析中的常用手段。本項目針對三維土質邊坡的穩(wěn)定性問題，采用模型試驗和解析分析相結合的方法開展系統(tǒng)研究，探索土坡三維失穩(wěn)的機理及其極限分析方法。通過三維邊坡失穩(wěn)的壓載試驗和離心試驗確定其破壞機制和滑動面特征，分析土體參數的影響規(guī)律；基于所得滑動面，研究三維土質邊坡穩(wěn)定性的極限分析方法，進而提出考慮加固體剛度與強度作用的三維分析理論，結合模型試驗探討土坡與加固體共同作用機理。研究成果對于闡明三維邊坡失穩(wěn)與加固機制具有重要意義，提出的試驗方法和設備可應用于相關研究，三維極限分析和加固評估方法的建立為邊坡穩(wěn)定的分析設計與減災控制提供科學依據。

本研究針對現(xiàn)有的應變局部化理論分析復雜應力狀態(tài)下土體失穩(wěn)現(xiàn)象所面臨的一些列問題，從真三軸試驗研究出發(fā)，提出三維非共軸的變形分叉理論來預測土體的失穩(wěn)狀態(tài)，并引進復合體理論描述土體失穩(wěn)后的力學性狀，將上述理論與有限元技術相結合可有效的降低單元網格尺寸的敏感性，從而為數值模擬土體漸進破壞過程提供了有效的途徑。本研究成果可為今后土體失穩(wěn)和變形控制提供理論依據。 2100433B