中频感应加热消除薄板焊接失稳变形的机理研究

水面舰艇及远洋高技术客船的轻量化建造，使得高强钢薄板结构的应用逐步增多；高强钢薄板在满足船体结构强度和刚度的同时，会因厚度的锐减，在建造过程中发生失稳屈曲现象，影响船舶建造的精度和周期。本研究基于焊接失稳变形预测及力学机理的分析，提出使用中频感应加热，在远离焊缝的区域，产生同步的附加热源；增加整个焊接接头的平均温度，进而减小母材对焊缝的自约束强度，得到较小的焊接纵向收缩力，避免焊接失稳变形的产生。通过多组薄板焊接试验、温度场及面外失稳变形的测量，分析了焊接温度场与感应加热温度场之间的耦合效应；提出了焊接纵向收缩力的精确评估方法，建立了焊接固有变形数据库；基于三根棒模型和平均温度的概念，解释了附加热源降低焊接接头自约束，及减小焊接纵向收缩力的内在机理。使用高效的热-弹-塑性有限元计算，研究了附加热源强度和位置等过程参数对消除焊接失稳变形的影响，建立了虚拟的多变量试验空间，实现过程工艺参数的优化分析。基于基金项目的研究，一方面，提出了感应加热热源模型，预测了瞬态温度场及其产生的残留变形；采用塑性应变积分法，获得焊接及感应加热过程耦合作用下的纵向收缩力；同时，从力学机理上阐述了辅助感应加热增加焊接接头平均温度、减小母材的自约束强度，以及消除高强钢薄板焊接失稳变形等科学问题；另一方面，建立了感应加热工艺参数（热源强度和加热位置）的虚拟试验空间，通过大通量的热-弹-塑性有限元计算得到了优化的工艺参数组合，为实际工程问题的解决，提供了必要的理论指导，且具有一定的借鉴意义。 2100433B

在“轻量化造船”中，焊接产生的固有变形使得高强钢薄板制造的船体加筋板发生失稳；而伴随焊枪移动的中频感应加热，可有效地消除焊接失稳变形。通过感应加热温度场的模拟，以及感应加热和焊接加热温度场的耦合分析，得出感应加热对整体温度场分布的影响机理。通过对不同感应加热和焊接加热下整体温度场平均温度的测量和计算，建立感应加热和平均温度关系的数学模型，阐明感应加热时，整体温度场变化的现象本质。通过焊接变形的测量和有限元分析，估算感应加热作用下的焊接固有变形，初步揭示感应加热消除焊接失稳变形的内在机理。三根棒力学模型分析感应加热时的焊接过程，结合固有应变的产生机理，解释侧棒温度因感应加热升高时，主棒固有应变减小的内在机制。本项目以固有变形为依据，阐明了感应加热作用时，焊接失稳变形消除的内在机理；为高质高效的船体加筋板制造工艺的制定，提供理论依据；对提升我国高新船舶制造的市场竞争力具有重要意义。

路面变形破坏机理与消除方法作者简介

作者：（白俄罗斯）B.A.韦连科 译者：汪福卓

路面变形破坏机理与消除方法目录

1 路面结构变形破坏机理

1.1 路用复合材料的结构类型与性能间的相互关系

1.2 路面材料结构破损累积动力学研究

1.3 路面材料与可靠性参数间的相互关系

2 路面变形基本概念与分类

3 路面塑性变形机理及消除方法

3.1 路面塑性变形的类型与分级

3.2 材料性能决定塑性变形及评估方法

3.3 路面塑性变形稳定性标准

3.3.1 面层材料塑性变形稳定性条件

3.3.2 塑性变形积累对交通荷载参数的影响

3.3.3 路面材料及其结构性能对塑性变形积累的影响

3.4 预防路面塑性变形的基本措施

3.4.1 设计阶段对预防塑性变形应采取的措施

3.4.2 运营期间消除塑性变形应采取的方法

4 路面脆性变形原因及消除方法

4.1 路面裂缝的分类与分级

4.2 材料易出现脆性变形的特征及评估方法

4.3 路面出现裂缝的原因与标准

4.3.1 裂缝形成的条件与标准

4.3.2 交通荷载对温度和疲劳抗裂的影响

4.3.3 路面结构和材料性能对裂缝形成的影响

4.4 防止路面脆性变形的基本措施

4.4.1 设计阶段出现脆性变形的预防措施

4.4.2 运营期间消除脆性变形的方法

5 路面腐蚀变形破坏原因与消除方法

5.1 路面腐蚀变形破坏类型与分级

5.2 承担腐蚀变形的材料性能

5.3 造成腐蚀变形的原因和标准

5.3.1 路面材料的腐蚀变形稳定性及抗破坏标准

5.3.2 腐蚀变形积累对交通荷载参数的影响

5.3.3 路面结构和材料性能对腐蚀变形过程的影响

5.4 腐蚀变形的消除方法

5.4.1 设计阶段腐蚀变形的消除方法

5.4.2 运营阶段腐蚀变形的消除措施

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则

6.2 提高路面材料可靠性和耐久性的结构措施

6.2.1 路面层与路面整体结构设计的新原则

6.2.2 推荐适于白俄罗斯条件路面的有效结构和材料

6.3 提高路面材料可靠性和耐久性的材料学措施

6.3.1 提高路面材料质量的基本方法

6.3.2 新型高性能材料的使用与施工工艺

结论

参考文献2100433B

边坡失稳是水利水电工程、交通工程和城市建设中常见的工程地质灾害，也是工程地质和岩土工程领域的研究热点。土质边坡失稳因周围土体约束的空间效应而呈现明显的三维特征，加固体的存在将进一步强化三维效应。由于数学模拟与力学分析方面的局限，二维分析方法仍是边坡稳定分析中的常用手段。本项目针对三维土质边坡的稳定性问题，采用模型试验和解析分析相结合的方法开展系统研究，探索土坡三维失稳的机理及其极限分析方法。通过三维边坡失稳的压载试验和离心试验确定其破坏机制和滑动面特征，分析土体参数的影响规律；基于所得滑动面，研究三维土质边坡稳定性的极限分析方法，进而提出考虑加固体刚度与强度作用的三维分析理论，结合模型试验探讨土坡与加固体共同作用机理。研究成果对于阐明三维边坡失稳与加固机制具有重要意义，提出的试验方法和设备可应用于相关研究，三维极限分析和加固评估方法的建立为边坡稳定的分析设计与减灾控制提供科学依据。

本研究针对现有的应变局部化理论分析复杂应力状态下土体失稳现象所面临的一些列问题，从真三轴试验研究出发，提出三维非共轴的变形分叉理论来预测土体的失稳状态，并引进复合体理论描述土体失稳后的力学性状，将上述理论与有限元技术相结合可有效的降低单元网格尺寸的敏感性，从而为数值模拟土体渐进破坏过程提供了有效的途径。本研究成果可为今后土体失稳和变形控制提供理论依据。 2100433B