中頻感應(yīng)加熱消除薄板焊接失穩(wěn)變形的機理研究項目摘要

在“輕量化造船”中，焊接產(chǎn)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(yīng)加熱，可有效地消除焊接失穩(wěn)變形。通過感應(yīng)加熱溫度場的模擬，以及感應(yīng)加熱和焊接加熱溫度場的耦合分析，得出感應(yīng)加熱對整體溫度場分布的影響機理。通過對不同感應(yīng)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(yīng)加熱和平均溫度關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，闡明感應(yīng)加熱時，整體溫度場變化的現(xiàn)象本質(zhì)。通過焊接變形的測量和有限元分析，估算感應(yīng)加熱作用下的焊接固有變形，初步揭示感應(yīng)加熱消除焊接失穩(wěn)變形的內(nèi)在機理。三根棒力學(xué)模型分析感應(yīng)加熱時的焊接過程，結(jié)合固有應(yīng)變的產(chǎn)生機理，解釋側(cè)棒溫度因感應(yīng)加熱升高時，主棒固有應(yīng)變減小的內(nèi)在機制。本項目以固有變形為依據(jù)，闡明了感應(yīng)加熱作用時，焊接失穩(wěn)變形消除的內(nèi)在機理；為高質(zhì)高效的船體加筋板制造工藝的制定，提供理論依據(jù)；對提升我國高新船舶制造的市場競爭力具有重要意義。

水面艦艇及遠洋高技術(shù)客船的輕量化建造，使得高強鋼薄板結(jié)構(gòu)的應(yīng)用逐步增多；高強鋼薄板在滿足船體結(jié)構(gòu)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(yù)測及力學(xué)機理的分析，提出使用中頻感應(yīng)加熱，在遠離焊縫的區(qū)域，產(chǎn)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(chǎn)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(yīng)加熱溫度場之間的耦合效應(yīng)；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(shù)據(jù)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(nèi)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(shù)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(shù)的優(yōu)化分析?；诨痦椖康难芯?，一方面，提出了感應(yīng)加熱熱源模型，預(yù)測了瞬態(tài)溫度場及其產(chǎn)生的殘留變形；采用塑性應(yīng)變積分法，獲得焊接及感應(yīng)加熱過程耦合作用下的縱向收縮力；同時，從力學(xué)機理上闡述了輔助感應(yīng)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(xué)問題；另一方面，建立了感應(yīng)加熱工藝參數(shù)（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(shù)組合，為實際工程問題的解決，提供了必要的理論指導(dǎo)，且具有一定的借鑒意義。 2100433B

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(jié)構(gòu)變形破壞機理

1.1 路用復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)類型與性能間的相互關(guān)系

1.2 路面材料結(jié)構(gòu)破損累積動力學(xué)研究

1.3 路面材料與可靠性參數(shù)間的相互關(guān)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(shù)的影響

3.3.3 路面材料及其結(jié)構(gòu)性能對塑性變形積累的影響

3.4 預(yù)防路面塑性變形的基本措施

3.4.1 設(shè)計階段對預(yù)防塑性變形應(yīng)采取的措施

3.4.2 運營期間消除塑性變形應(yīng)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(jié)構(gòu)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(shè)計階段出現(xiàn)脆性變形的預(yù)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(shù)的影響

5.3.3 路面結(jié)構(gòu)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(shè)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(jié)構(gòu)措施

6.2.1 路面層與路面整體結(jié)構(gòu)設(shè)計的新原則

6.2.2 推薦適于白俄羅斯條件路面的有效結(jié)構(gòu)和材料

6.3 提高路面材料可靠性和耐久性的材料學(xué)措施

6.3.1 提高路面材料質(zhì)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(jié)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(shè)中常見的工程地質(zhì)災(zāi)害，也是工程地質(zhì)和巖土工程領(lǐng)域的研究熱點。土質(zhì)邊坡失穩(wěn)因周圍土體約束的空間效應(yīng)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(yīng)。由于數(shù)學(xué)模擬與力學(xué)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(zhì)邊坡的穩(wěn)定性問題，采用模型試驗和解析分析相結(jié)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(shù)的影響規(guī)律；基于所得滑動面，研究三維土質(zhì)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(jié)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(shè)備可應(yīng)用于相關(guān)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(shè)計與減災(zāi)控制提供科學(xué)依據(jù)。

本研究針對現(xiàn)有的應(yīng)變局部化理論分析復(fù)雜應(yīng)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(yù)測土體的失穩(wěn)狀態(tài)，并引進復(fù)合體理論描述土體失穩(wěn)后的力學(xué)性狀，將上述理論與有限元技術(shù)相結(jié)合可有效的降低單元網(wǎng)格尺寸的敏感性，從而為數(shù)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(jù)。 2100433B