高强镀锌板拉延摩擦多尺度多因素耦合建模与协同控制结题摘要

随着汽车工业在国内外的快速发展，越来越多的消费者对汽车的耐久性和耐蚀性要求不断提高。镀锌板因为其非常良好的成形性能、焊接性能、涂装性能和耐蚀性能而广泛应用到车身制造上。 板料成形过程中必然伴随着工件和模具间的剧烈摩擦，摩擦非材料的固有特性，与表面形貌、接触方式、润滑方式、冲压工艺条件等多种复杂因素有关，是一个典型的多因素、跨尺度、非线性复杂问题。无论是实验研究还是理论分析，研究难度大，研究结果的一致性差甚至有完全相反的结论。 镀锌板可以分为镀层、界面和基体三个部分，组织结构比普通钢板复杂，其摩擦特性和成形性不同于一般钢板。针对汽车用高强镀锌板拉延摩擦的复杂多变性，基于微观摩擦学、润滑力学、塑性力学和材料学，考虑高强镀锌板的微观结构、摩擦热效应、变形不均匀性、表界面特性以及板材与模具的耦合作用，采用平板滑动实验、杯突实验、摩擦磨损实验，应用SEM、XRD、三维形貌仪等现代分析测试手段，研究高强镀锌板的摩擦学特性、拉延成形性及其内在联系，分析了锌层与摩擦的相互作用机制，探明了锌层及界面失效机制及摩擦力形成的微观机制。镀锌板冲压成形时，锌层中会出现裂纹、断裂、粉化与剥落等失效现象，塑性变形的诱发作用和接触摩擦的双重影响导致镀锌板表面形貌在冲压成形过程中随着时空变化。采用统计的方法表征了冲杯实验过程不同变形区的形貌模型，基于分形理论，建立了考虑板料的力学性能、表面形貌和接触压力这三种因素的接触模型和摩擦模型。在此基础上，建立了高强镀锌板拉延成形极限图，提出了摩擦副的耦合协同控制方法。采用SEM、EBSD、TEM、单向拉伸试验机等设备和仪器，探讨了合金元素和轧制技术参数对汽车用低碳钢板的微观组织和力学性能的影响，揭示了合金元素的作用机理和最优的轧制技术参数范围。 研究结果为高强镀锌板拉延成形工艺模具设计及精确仿真奠定基础，同时为拉延件表面质量和模具寿命的主动控制提供技术支撑，实现高强镀锌板精密可控成形。

针对汽车用高强镀锌板拉延摩擦的复杂多变性，基于微观摩擦学、润滑力学、流变学、塑性力学和材料学，考虑高强镀锌板的微观结构、润滑剂流变性、摩擦热效应、变形不均匀性、表界面特性以及板材与模具的耦合作用，研究高强镀锌板的摩擦学特性、拉延成形性及其内在联系。分析锌层与摩擦的相互作用机制；探明锌层及界面失效机制及摩擦力形成的微观机制；探索摩擦诱发高强镀锌板表面微观结构和表面形貌的演变机理和表征方法；建立高强镀锌板拉延成形多尺度、多因素耦合的塑性流体动压润滑模型和非线性摩擦模型，为准确描述高强镀锌板拉延的摩擦特性提供基础理论与方法；在此基础上，建立高强镀锌板拉延成形极限图并提出摩擦副的耦合协同控制方法。研究结果将为高强镀锌板拉延成形工艺模具设计及精确仿真奠定基础，同时为拉延件表面质量和模具寿命的主动控制提供技术支撑，实现高强镀锌板精密可控成形。

重点针对多因素协同作用下混凝土坝长效健康服役主题，开展荷载与环境多因素协同作用下混凝土坝材料与结构交互演化机理研究，揭示混凝土坝长效服役性态的多因素协同驱动规律，创建服役机理的宏、微、细观多尺度融合研究理论；开展影响要素－工程质量－工程长效服役性态一体化研究，揭示工程质量的多要素组合作用规律和工程质量对混凝土坝服役性态的长效影响机理，提出工程质量监测与控制方法，构建长效服役的基础保障方法；综合考虑确定性与不确定性因素交互影响，研究混凝土坝服役性态监控与评估的时空四维场理论和方法，提出长效服役性态多指标组合预警体系，构建长效服役的预警理论与方法；基于长效服役风险管理理念，研究混凝土坝服役模式调控与补强修复方法，提出提升效果评估方法和决策优化模型，构建混凝土坝长效服役的提升方法。

在碳化和氯离子等因素耦合作用下，预应力砼结构功能会逐渐衰退，最终耐久性失效。传统研究方法通常将微观尺度的材料耐久性和宏观尺度的结构耐久性独立进行研究，未开发出连接微观到宏观尺度的一体化预应力砼结构耐久性预测模型；且传统多因素耦合研究多是根据Fick定律，通过回归试验数据而建立的，既忽略CO2和氯盐在砼孔隙水溶液中的溶解过程，也忽略了试验箱中侵蚀物质高浓度带来的体系非理想性，因而不易准确考察砼碳化和氯离子侵蚀耦合作用机理及实现耐久性的准确预测。本项目研究拟建造两座桥梁：第一座桥梁是化工热力学模型，通过它可以将微观尺度多侵蚀因素作用关联起来；第二座桥梁是拟建立的微观尺度耐久性指标（例如热力学模型预测的碳化深度、碳化程度、氯离子浓度等）与宏观结构材料的强度、应变之间的关系，通过它可以实现微观尺度研究结果直接用于宏观结构分析。从而，最终实现构建多尺度多因素耦合的预应力砼结构耐久性预测模型。

在充分研究影响水性涂料耐水性、耐候性因素和体系存在的多尺度基础上，将复杂涂料体系的多相多尺度问题分解成不同的尺度域，探索水性涂料复杂体系耐水性、耐候性的多尺度关联建模。在理论和实验的基础上，研究聚合物（树脂）与颜料、水的相互作用对涂料及膜的性能的影响。采用统计学、统计力学和有限元方法，建立不同尺度的数学模型是研究的重点。采用不同的数学模型逐级递推地计算不同尺度下与水性涂料性能相关的参量，最终建立水 2100433B