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多层套箍南昌方矩管轴压构件常温下理论研究

作者: 来源: 日期:2019/10/2 14:52:27 人气:0

设计了用于1000吨热模锻压力机的四工位闭式反挤压工艺、四工位模架模具和新型反挤压模具结构。将研究结果应用在1000吨热模锻压力机自动化生产线上,最终实现自动化生产。具体研究内容如下:首先,根据锚具锻件内小孔外锥形的特点,南昌方矩管设计多工位闭式反挤压工艺方案。分析闭式反挤压工步的材料流动应力与常规反挤压的不同之处。南昌方矩管预锻件形状和反挤压,确定锚套和夹片的多工位闭式反挤压工艺图纸。其次,根据1000吨热模锻压力机的装模空间和锻造工艺,设计四工位模架和四个工位的模具。模具设计的重点是确定反挤压成形凸模的结构,本文设计了三种反挤压成形凸模结构,通过模拟分析和实验验证三种结构方案的性能,选择可靠实用的结构用于自动化生产。最后,将四工位闭式反挤压工艺和四工位模架模具应用在1000吨热模锻自动化生产线上,并解决南昌方矩管生产中出现的问题。锚套和夹片锻件存在主要问题是同轴度超差;锚套和夹片冲头都存在冲头寿命偏低的问题,锚套寿命偏低的主要原因是磨损严重,夹片冲头的主要问题是头部镦粗、断裂和弯曲。本课题研究的多工位闭式反挤压工艺,实现了内孔Ф16mmФ36mm深径比2.5~3.1壁厚3mm8mm小孔锥形件的多工位自动化生产,设计了新型的反挤压凸模结构并实现应用,南昌方矩管此类产品的热模锻多工位闭式锻造工艺方面实现了技术突破。针对这些问题提出解决方案,并顺利实现自动化生产。南昌方矩管将锚套和夹片的多工位闭式反挤压工艺应用在自动化生产线上。生产效率达到9件/分钟,锚套反挤压冲头寿命1200015000件,实现了预期目标,达到客户要求。为多工位自动化锻造工艺的进一步发展提供了理论和实践依据。CFRP南昌方矩管柱因其不仅继承了普通南昌方矩管承载力高,塑性、韧性好的优点外,还具有良好的耐火、耐腐蚀性,优越的抗震性能,且能有效避免厚壁钢管的使用,国内外逐渐广泛兴起,发展前景较好的一种新型组合结构形式。发生的事故不断地威胁着人们生命和财产安全,如何提高建筑结构的防爆抗爆性能,已经成为一项重要的研究课题。目前关于CFRP南昌方矩管柱的研究主要集中在静力方面,而动力性能的研究较少。因此本文以CFRP方南昌方矩管柱为研究对象,采用理论分析与数值模拟相结合的方法对其承载力和在荷载下的动力响应进行了研究。主要研究内容和成果如下:1基于双剪统一强度理论,结合南昌方矩管统一理论思想,通过等效应力系数与等效约束系数,将CFRP方南昌方矩管柱转化为圆形截面进行分析,推导出了适用于CFRP方南昌方矩管轴压短柱的极限承载。2基于南昌方矩管统一理论与本文的研究成果,求出了CFRP方南昌方矩管柱的组合刚度,进而推导了塑性极限弯矩,并将荷载简化为下降三角形荷载,采用等效单自由度法对CFRP方南昌方矩管柱在荷载下的动力响应进行了理论分析,得到柱子中部最大动位移。3采用有限元动力分析ANSYS/LS-DYNA 建立CFRP方南昌方矩管柱的有限元模型,对其在荷载下的动态响应进行数值模拟,通过与上述理论分析结果对比验证了模型的正确性,研究了CFRP厚度、混凝土强度等级、钢材强度等级、含钢率、柱高、轴压比及比例距离等对CFRP方南昌方矩管柱在荷载作用下动态响应的影响规律。随着南昌方矩管(简称CFST柱在工业与民用建筑、桥梁与塔架等结构工程中越来越广泛的应用,工程结构对大跨、高耸、重载的要求也逐渐提高。当构件承载力不断增加,南昌方矩管截面尺寸越来越大时,将会引起钢管制作加工困难,混凝土浇筑质量得不到保证等一系列问题,采用内配加劲件的南昌方矩管构件可作为一种解决的方式。而当前国家标准GB50936南昌方矩管结构技术规范》中的适用对象只是针对于普通南昌方矩管,且一般截面尺寸不能超过2000mm对于内配加劲件的南昌方矩管,目前还没有一个系统的统一的并与当前国家标准GB50936相衔接对应的静力与抗火设计公式。依据南昌方矩管的统一理论”思路,内外钢材对混凝土的约束套箍作用在各种荷载条件下的性质变化应该是完全连续的因此将普通和内配加劲件的南昌方矩管统一起来进行研究,具有实际工程意义,同时也具有较强的理论意义。当内配含钢率等于零时,内配加劲件的南昌方矩管就可看成是普通南昌方矩管。本文取常用三种内配加劲件的南昌方矩管截面形式,即内配钢筋形式、实心内配钢管形式与空心内配钢管形式,并将它称为多层套箍南昌方矩管进行力学分析。通过建立相关的理论模型推导,得出构件在轴压及火灾下性质随各参数变化的函数关系或规律。然后,基于南昌方矩管“统一理论”得到常温与高温下三种不同截面形式的多层套箍南昌方矩管构件完全统一连续的相关设计公式。并结合试验研究结果和数值模拟计算与参数分析结果,对理论公式的正确性进行验证。最后,基于常温下多层套箍南昌方矩管构件的压弯相关方程,给出了火灾情况下构件压弯相关方程统一的设计公式。具体研究工作如下:1对常温与火灾情况下多层套箍南昌方矩管构件进行轴压试验研究。填补和增加了相关试验研究,并对试验现象、荷载-变形全过程曲线、温度场-时间全过程曲线与变形-时间全过程曲线进行了详细的分析。2对常温与火灾情况下多层套箍南昌方矩管构件进行了数值模拟计算与参数分析。通过有限元数值模拟结果与试验结果的比较,验证了本文模型的正确性,然后开展了相关参数对构件不同性能的影响分析。基于叠加原理、薄壁圆筒理论、厚壁圆筒理论和极限平衡法,理论推导出配筋南昌方矩管(简称RCFST构件和配管南昌方矩管(简称CFDST构件承载力计算设计公式,并利用柏利公式,将南昌方矩管看成一种组合材料,推导得到系。基于格林函数法与分离变量法,对构件的截面温度场模型进行解析分析,得到截面各材料温度场分布计算公式的构造形式,然后结合有限元数值模拟结果拟合回归得到钢管、钢筋以及混凝土的均匀受火下平均温度场半解析解计算公式,最后与有限元模拟算例与试验结果进行了对比,验证了温度场分布的正确性。基于验证后的各材料温度场分布的半解析解,常温静力下构件轴压承载力统一公式的基础上,引入强度折减系数和高温下构件的系数,得到标准火灾下,常温与火灾下任意时刻多层套箍南昌方矩管构件的轴压强度和承载力简化计算统一公式,最后与本文和收集到试验数据进行对比,验证了公式的合理性。3给出了多层套箍南昌方矩管轴压构件常温下理论研究。4给出了火灾下多层套箍南昌方矩管构件的温度场分布研究。5给出了多层套箍南昌方矩管轴压构件火灾下理论研究。6给出了火灾下多层套箍南昌方矩管构件耐火时间和防火保护措施分析计算。得出了有、无设置防火保护层时构件的耐火时间;给出了三种满足耐火极限要求的不同种保护措施,即内配加劲件方式作为防火措施、外涂非型涂料作为抹M5普通水泥砂浆作为防火保护层,且分别得到满足耐火时间下内配加劲件的截面面积和所使用防火保护层厚度计算公式。将国内规范推荐的普通南昌方矩管压弯相关方程引入到多层套箍南昌方矩管构件中并得到验证后,进一步扩展至火灾情况下,最终得到常高温下多层套箍南昌方矩管构件的压弯相关方程统一公式,并与数值模拟结果与试验结果进行对比,验证了公式的合理性。7给出了常高温下多层套箍南昌方矩管构件的压弯相关方程简化计算公式。本文在轴压、纯弯、压弯和火灾情况下所得到构件相关设计公式可以同时适用于普通、内配多层钢筋、实心和空心内配多层钢管的南昌方矩管构件,且保证了常温和高温下公式形式的连续和统一,具有很好的工程设计指导意义。随着南昌方矩管(简称CFST柱在工业与民用建筑、桥梁与塔架等结构工程中越来越广泛的应用,工程结构对大跨、高耸、重载的要求也逐渐提高。当构件承载力不断增加,截面尺寸越来越大时,将会引起钢管制作加工困难,混凝土浇筑质量得不到保证等一系列问题,采用内配加劲件的南昌方矩管构件可作为一种解决的方式。活性粉末混凝土(简称RPC作为绿色高性能混凝土具有超高强度、高韧性、耐久性好、体积性优良的特点,多层套箍南昌方矩管轴压构件常温下理论研究本文以一套可锚固标准强度为1860MPa锚套和夹片为研究对象。混凝土未来的发展方向。将其应用于组合结构形成钢管活性粉末混凝土结构构件,对其研究具有重要的理论意义和工程应用价值。本文研究了不同截面形式钢管RPC轴压性能、粘结滑移与界面粘结损伤性能、尺寸效应模型和钢管RPC抗冲击性能。主要的研究工作和创新成果如下:1以统一强度理论和厚壁圆筒理论为基础,推导了圆形、方形和圆端形截面钢管RPC轴压短柱的承载力计算公式。运用势能驻值原理,考虑钢管和RPC之间的套箍效应,推导出钢管RPC柱在轴向压力作用下组合弹性模量的计算式,并进一步分析钢管RPC柱的组合轴压刚度。采用粘结强度和割线模量定义了界面粘结损伤变量,建立了一种基于损伤理论的钢管与RPC界面粘结损伤模型,揭示了钢管RPC界面粘结的损伤机理。采用Weibul统计尺寸效应模型对核心RPC抗压强度进行修正,对外钢管采用考虑尺寸效应的厚壁圆筒理论,从而对不同截面形式的钢管RPC轴压短柱提出了考虑界面粘结性能和尺寸效应的轴压承载力计算方法,并探讨了强度理论参数、套箍指标和活性粉末混凝土强度对承载力的影响特性。2基于统一屈服准则和应变梯度塑性理论,推导考虑尺寸效应的厚壁圆筒塑性极限解,得到考虑尺寸效应的外钢管的纵向抗压强度,研究了钢管RPC尺寸效应规律及不同变形条件下尺寸效应的作用机理。3采用三段线近似模拟钢管RPC粘结滑移本构模型,以便于进行ANSYS数值模拟时弹簧单元的施加。对于钢管RPC粘结滑移数值模拟采用非线性弹簧单元Combination39,分析了该单元的特点以及FD曲线选取的计算方法。非线性弹簧单元分别模拟了钢管与活性粉末混凝土之间法向、纵向切向、环向切向三个方向的作用。利用ANSYS后处理器得到不同截面形式钢管RPC短柱的轴压承载力和荷载-变形关系曲线,与文献中试验曲线吻合较好,探讨了RPC轴压强度、套箍系数和轴压刚度比对钢管RPC轴压短柱极限承载力的影响。4采用LS-DYNA 对RPC短柱和钢管RPC短柱进行分离式霍普金森压杆(简称SHPB有限元数值模拟。数值分析得到应力波的波形图、构件的轴向应力时程和轴向应变时程、重构的应力应变曲线均与试验结果基本一致,证明了有限元模型的合理性。基于CEB公式和Malver公式推导钢管RPC试件的动态增长因子计算表达式,给出了三波法和两波法计算试件应变、应力和应变率的基本公式。研究了冲击荷载作用下RPC应变率强化的特性、试件破坏过程以及动态增长因子的响应规律,探讨了活性粉末混凝土强度、钢管壁厚度、套箍系数等因素对钢管RPC构件的抗冲击性能的影响特性。活性粉末混凝土(简称RPC作为绿色高性能混凝土具有超高强度、高韧性、耐久性好、体积性优良的特点,混凝土未来的发展方向。将其应用于组合结构形成钢管活性粉末混凝土结构构件,对其研究具有重要的理论意义和工程应用价值。南昌方矩管作为一种新型的组合结构,与现代施工技术工业化的要求相符合,作为承重柱越来越广泛地应用于高层及超高层建筑中。为防止因焊接造成层状撕裂,本文采用薄壁钢管替代厚壁钢管,更好地发挥了两种材料的优点。本文运用ANSYS有限元对薄壁圆形南昌方矩管短柱轴心受压性能进行了研究,数值计算的基础上给出简单实用的薄壁南昌方矩管短柱轴心受压承载力的解析公式。本文主要包括以下几个方面工作:1.首先对结构单元类型的确定、材料本构关系的选取、网格划分密度、加强收敛的方法等问题进行了分析。分析表明ANSYS有限元模拟方法计算精度和准确性高,可以作为本文研究的基础方法。2.通过引用前人的试验数据,自行设计了部分构件,将ANSYS有限元模拟计算结果与引证材料进行对比。结果表明ANSYS有限元分析对于薄壁南昌方矩管短柱轴心受压承载力研究计算是可行性。3.通过ANSYS有限元模拟结果得出了核心混凝土承载力提高系数与构件约束效应系数之间的关系曲线,运用线性回归方法给出薄壁南昌方矩管短柱轴心受压承载力的计算公式。4.根据前人的试验数据对本文提出的薄壁南昌方矩管计算公式与国内外规程给出的公式进行了对比分析。结果表明本文提出的公式与我国规范公式的计算结果一致,并且略偏于安全;其他公式过于保守,精度较低。5.应用本文提出的公式对材料强度的匹配关系、径厚比值、尺寸效应等极限承载力因素进行了讨论,得出了一些有实际工程具有参考价值的结论。南昌方矩管作为一种新型的组合结构,与现代施工技术工业化的要求相符合,作为承重柱越来越广泛地应用于高层及超高层建筑中。为防止因焊接造成层状撕裂,本文采用薄壁钢管替代厚壁钢管,更好地发挥了两种材料的优点。冷弯方南昌方矩管作为一种组合结构,能够充分利用利用钢筋和混凝土材料的优势。荷载之所以能够在钢管和混凝土之间进行进行传递,因为其面上存在粘结应力。目前为止,关于粘结应力如何影响构件整体性能的问题尚未有达成共识。而以往对钢筋混凝土结构的研究,大多数都集中在承载力方面。关于冷弯型钢南昌方矩管的研究大多数是围绕冷弯薄壁南昌方矩管进行,而冷弯中厚壁钢管及其设肋形式的混凝土柱的研究还比较少见。本文旨在对中厚壁加肋方南昌方矩管的粘结性能进行系统的研究,特别是不同肋的布置形式下的南昌方矩管粘结性能的比较分析,为冷弯南昌方矩管结构的理论和应用研究提供参考。3通过实验分析了中厚壁方南昌方矩管在各种设肋形式组合下,其粘结强度的影响因素,并运用灰度理论定性的分析了各种影响因素之间之前的相关关系;4对冷弯中厚壁南昌方矩管的粘结长度进行理论分析,对比各种设肋形式下粘结长度值,得出设肋对粘结传递长度的影响。以下是本文的主要研究内容:1探讨南昌方矩管界面粘结作用的机理,结合试验分析影响粘结强度的若干因素;2对粘结长度以及其变化规律进行总结,并在其基础上导出临界传递长度的公式及影响因素。冷弯方南昌方矩管作为一种组合结构,能够充分利用利用钢筋和混凝土材料的优势。荷载之所以能够在钢管和混凝土之间进行进行传递,因为其面上存在粘结应力。目前为止,关于粘结应力如何影响构件整体性能的问题尚未有达成共识。而以往对钢筋混凝土结构的研究,大多数都集中在承载力方面。关于冷弯型钢南昌方矩管的研究大多数是围绕冷弯薄壁南昌方矩管进行,而冷弯中厚壁钢管及其设...查看全部。P91厚壁无缝管性能优异,有良好的热强性、强耐腐蚀性和低热性,被广泛用于各类耐高温锅炉管中,但P91材料合金含量较高,加工成型困难,经过多年的引进发展目前国内只有少数几家可以生产成品P91无缝钢管,由于成品率。

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2009年后,伴随着一系列重型挤压装备的研制成功,采用热挤压法生产高质量P91厚壁管走入人们视野。本文以计算机模拟技术为依托,利用有限元DEFORM来模拟分析P91厚壁管的穿孔制坯过程和热挤压成型过程,江西螺纹钢采用热力耦合方法分析了穿孔过程中金属的流动规律,速度场、温度场、等效应力场等。对热挤压过程的分析中,通过与相关文献的实测数据做对比,验证了模型的可靠性,随后重点分析了P91厚壁无缝钢管在热挤压过程中的各种场量,包括模具的温度场、表面磨损情况等,揭示了P91厚壁管在热挤压成型过程中的变形规律。分别对不同的温度﹑挤压速率及型腔曲线下的挤压力情况做对比分析,坯料1250℃﹑100mm/参数条件下最大挤压力达到199MN当温度下降50℃,挤压力增幅可达20%左右;针对不同挤压比作对比研究,挤压比为5时候最大挤。铝板性能优异,有良好的热强性、强耐腐蚀性和低热性,被广泛用于各类耐高温锅炉管中,但P91材料合金含量较高,加工成型困难,经过多年的引进发展目前国内只有少数几家可以生产成品P91无缝钢管,由于成品。南昌方矩管具有良好的受力性能,被广泛应用于实际生产中。国内外学者对南昌方矩管的研究主要集中在壁厚不超过6mm构件。


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