偏心受压铝合金构件稳定的试验研究_张铮
铝合金热轧变形抗力模型研究
铝合金热轧变形抗力模型的实验研究李晓娜 1（1.一重集团大连设计研究院有限公司工程师，辽宁 大连 116600）摘要：7075铝合金属于Al-Zn-Mg-Cu系超高强铝合金，是一种具有良好的综合力学性能的航空结构材料。
本文主要介绍了用Gleeble -1500热模拟试验机测定铝合金材料7075的热变形抗力、实验所采用的方法、变形抗力模型和峰值应变模型；分析不同应变速度和不同温度的流变应力曲线所显示的材料组织性能，总结出适合铝合金7075热轧的分段周纪华变形抗力模型，通过拟合曲线与实测数据的比较，反应出拟合出的分段周纪华变形抗力模型能准确地反映7075的热变形抗力，适用于铝合金热轧轧制力的计算。
关键词：铝合金；变形抗力；热模拟试验现代生活中铝板轧制产品被广泛应用于罐体、包装、家庭用品、屋顶、室内外装修、冷冻冷藏设备、家电产品、航空飞行器、地铁、新干线车辆等各个领域，是日常生活中不可缺少的材料。
铝板轧制技术主要是为了不断适应饮料罐用铝材的产量和质量要求而发展起来的。
热轧变形抗力模型的准确度对铝板热轧轧制力的计算精度有着至关重要的作用。
7075铝合金由于其良好的热加工性能，成为一种很重要的工程结构材料，并被广泛的应用于航天航空事业。
国内研究7075热轧变形抗力的还是比较少，因此一重与高校合作开展研究了铝合金7075热轧变形抗力模型。
本文提出了适合热轧铝合金生产用的拟和精度高的变形抗力模型，同时也对我国的有色企业生产提供了一定的理论和实践依据。
1 热轧变形实验研究方法1.1 实验方法热变形抗力可采用单道次压缩实验或扭转实验进行测量。
扭转实验的变形量可以很大，但试样表面和心部的应力应变分布不均匀，尽管薄壁管扭转实验可以解决这个问题，但这种方法用于测量高温变形抗力还有很多不便之处。
所以测金属高温变形抗力一般采用压缩法【1】。
所以采用热压缩方法在Gleeble -1500热模拟试验机上测定铝合金变形抗力。
为消除端面摩擦对变形抗力的影响，得到单向压应力，在Φ8mm×12mm圆柱体试样（见图1）上下端面车0.2mm深的凹槽，压缩过程中在凹槽中填充润滑剂，其化学成分为75%石墨+20%机油+5%硝酸三甲苯酯。
铝合金焊接结构的应力松弛及控制_赵征
为悬臂支撑，其余箱段为两端支撑，未发现端头下垂 对焊接接头的金相观察，残余应力测量、拉伸强度、硬
现象。
度、弯曲等力学性能测试分析，对接头焊接变形量进
行了综合评价。
1． 1 材料
厚度为 5 mm 的 5A06 － H112 铝合金名义成分和
试样成分实测结果如表 1 所示，为冷作硬化状态。
表 1 焊接材料化学成分
表 3 弯曲试验结果1） Tab． 3 Comparison of bending test data between MIG and TIG
TIG 焊
MIG 焊
母材弯曲
面弯角度 /（ °） 背弯角度 /（ °） 面弯角度 /（ °） 背弯角度 /（ °） 角度 /（ °）
17
10． 3
12． 6
12． 6
采用 5 mm 厚 Al － Mg 系 5A06 － H112 铝合金板 制造而成的箱式存储运输装置，为全焊接结构，产品 总长 7 m，外观为边长 1 m 左右的方箱形式。箱体分 为前中后三个箱段，中间采用两个中框焊接而成。箱 式存储运输装置示意图如图 1 所示。生产过程中采 用了内撑外压的焊接工装，工装上部配有带圆弧形成 形槽的不锈钢垫板，并要求焊接装配前保证 2 mm 焊 接间隙，以保证单面焊双面成型。焊接过程中大量采 用了自动 MIG 焊，并要求工件多次翻转，以对称面排 序对称焊接，以保证有效控制焊接变形并尽量减小焊 接残余应力。
Key words 5A06 － H112 aluminum alloy，Stress relaxation，Control technique
0 引言 5A06 － H112 铝 合 金 具 有 高 的 比 强 度、断 裂 韧
度、疲劳强度和耐腐蚀稳定性，并且具有良好的成形 工艺性和良好的焊接性，因此成为在航天工业中应用 最广泛的 一 类 有 色 金 属 结 构 材 料［1］。 目 前，越 来 越 多的焊接方法，例如激光焊（ Laser welding） 、搅拌摩 擦焊（ FSW） 、电阻焊（ Resistance welding） 以及脉冲熔 化气体保 护 焊 （ MIG） 等 逐 渐 应 用 到 铝 合 金 焊 接 中 来［2 － 3］。但受到生产成本、工艺水平等综合的影响， 气体保护焊以其成熟稳定的技术、良好的焊缝质量、 广泛的工艺适用性和容易实现自动化等特性，得到了 越来越广泛的应用。
混凝土结构设计原理-受压构件
长柱的欧拉临界力
Pl
2EA l02
与材料的强度无关
引入折减系数（稳定系数） 0
Pl 0 Ps
2．受压承载力计算公式
N
Nu
0.9(
fc A
f
' y
As'
)
——纵向弯曲稳定系数
As' ——全部纵向钢筋的截面面积 A ——构件毛截面面积，当纵筋配筋率大于3%时，改用 An A As'
h) 2
f
' y
As
(h0'
as )
计算表明，当 N fcbh 时 才需按上式进行验算
h0
5.3.3．矩形截面非对称配筋截面设计
M
M
0
1
Cm N
Nc
Cmns M 2
Cm
0.7
0.3
M1 M2
ns
1 1300 (M 2
1 N
ea ) / h0
(
lc h
)
2
c
M ei N ea
sin lc
x
y ''
a
f
( lc
)2
sin
lc
x
，
y ''
x lc 2
(
lc
)
2
a
f
1 rc
y''
( lc
)2
a
f
,
悬挂式铝合金整体壁板压杆的稳定性校核方法
表 2 偏心受压公式比较 Table 2 Comparison of eccentric compression formulas
受力 受力 情况 位置
单向 平面内 受弯 平面外
双向 平面内 受弯 平面外
《高速船》
《铝合金》
σa_ max
φc σcr_a
Aeff A
+
mσb_ max φc σ sw_s
章艺超，男，1993 年生，硕士生。研究方向：结构工程 张平，女，1978 年生，硕士，研究员。研究方向: 船舶结构设计与计算 陈海涛，男，1980 年生，硕士，高级工程师。研究方向: 船舶结构设计与计算 *通信作者: 吴剑国
第2期
吴剑国等：悬挂式铝合金整体壁板压杆的稳定性校核方法
71
对于气垫船结构的稳定性校核主要依据《海上高 速船入级与建造规范》[1]（以下简称《高速船》），该 规范仅有轴心受力和平面单向受弯的计算公式。挪 威 DNV 高速船规范[2] 规定了柱的轴心受压校核方 法；现行建筑结构的《铝合金结构设计规范》[3]（以 下简称《铝合金》）有受压杆件平面内外校核公式。
然而，对于悬挂式整体壁板的受压构件适用 于哪种校核方法、如何设置防倾肘板、壁板骨材 与桁材焊接对桁材稳定性的影响等这些问题的研 究尚少。针对上述问题，本文将比较《高速船》和 《铝合金》规范，采用非线性有限元方法，计算分 析悬挂式铝合金整体壁板的 I 字形桁材在不同受 力和肘板布置情况下的极限承载力，得到其失稳 规律，进而提出悬挂式整体壁板的铝合金压杆的 校核方法和肘板布置方法。
WU Jianguo*1, ZHANG Yichao1, ZHANG Ping2, CHEN Haitao2
1 School of Civil Engineering, Zhejiang University of Technology, Hangzhou 310023, China 2 Marine Design and Research Institute of China, Shanghai 200011, China
中国力学大会2021专题研讨会通知
姜亦鑫：支吊架用卷边槽钢压弯构件的整体稳定性计算
55
,4] 尹凌峰，葛艳丽，唐敢，等.基于直接强度法的冷弯薄壁开口多次卷边槽钢立柱截面形式研究[J].应用力学学报，2016, 33 (1 )： 136-142. DOE+ 10.11776 jc.am.33.01.B166.
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Steuctuees， 2004， 42(6) ： 895-909HDOE： 10H1016 j.twsH2004H01H004H
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钢管高强混凝土轴心受压短柱火灾后剩余承载力分析及试验研究
2023钢管高强混凝土轴心受压短柱火灾后剩余承载力分析及试验研究•研究背景和意义•文献综述•试验设计目录•有限元分析•剩余承载力计算方法•结论与展望•参考文献01研究背景和意义钢管高强混凝土作为一种新型的组合结构形式，具有较高的承载力和良好的抗震性能，在建筑工程中得到广泛应用。
然而，火灾后钢管高强混凝土的力学性能会受到不同程度的影响，对其剩余承载力进行分析和试验研究具有重要的现实意义。
01分析钢管高强混凝土轴心受压短柱火灾后的剩余承载力，有助于了解其火灾后的力学性能变化规律。
02通过试验研究，可以获得火灾后钢管高强混凝土轴心受压短柱的承载力数据，为工程应用提供参考依据。
03对钢管高强混凝土的火灾后性能进行深入研究，有助于提高建筑结构的整体安全性和稳定性，对于保障人民生命财产安全具有重要意义。
02文献综述国内研究国内学者对于钢管高强混凝土轴心受压短柱火灾后剩余承载力的研究主要集中在理论模型建立、数值模拟分析以及试验研究等方面。
其中，具有代表性的研究有：哈尔滨工业大学的学者进行了钢管高强混凝土短柱的火灾试验，探讨了高温后混凝土的力学性能和承载力的变化规律；重庆大学的学者建立了数值模型，分析了高温后钢管高强混凝土短柱的力学性能，并提出了相应的计算公式。
国外研究国外学者对于钢管高强混凝土轴心受压短柱火灾后剩余承载力的研究主要集中在试验研究和有限元分析方面。
其中，具有代表性的研究有：法国的学者进行了高温后钢管高强混凝土短柱的力学性能试验，探讨了高温对混凝土和钢管的影响，并提出了相应的计算公式；美国的学者利用有限元方法分析了高温后钢管高强混凝土短柱的力学性能，并与试验结果进行了对比分析。
国内外研究现状研究热点与难点•研究热点：目前，钢管高强混凝土轴心受压短柱火灾后剩余承载力的研究热点主要集中在以下几个方面•高温后钢管与混凝土之间的相互作用：高温后钢管与混凝土之间的界面粘结和摩擦力会发生变化，对结构的承载力产生影响，因此需要深入研究这种相互作用。
7075高强铝合金管约束混凝土柱轴压承载力计算
1 钢管混凝土柱承载力计算方法
过程分解成单轴受压问题和平面应变问题,根据位
移协调条件并结合壁厚圆筒理论最终得到圆形实心
截面的组合强度计算公式,其表达式如下[13] :
fsc = (1 + η) [ (1 - β) fck + βfy ]
(2)
其中 η =
ξsc
( ) éê
ëê
2.
0+
0.
05 ξsc+ Nhomakorabea0. 2 fck fy
- 0. 05
但随着工 程 中 高 层 建 筑 以 及 大 跨 度 结 构 的 发 展,其对结构材料性能的要求不断提高。 然而普通 钢材的耐腐蚀性较差、强度有限,导致普通钢材难以 满足工程需要。 针对以上缺点,有学者提出使用新 型约束材料如高强钢材、不锈钢、纤维增强复材和铝 合金等代替普通钢材,其中铝合金材料具有外表美 观、耐 腐 蚀、延 性 好 等 特 性,是 理 想 的 建 筑 材 料[10] 。 国外对铝合金结构的研究已经比较成熟,目前已经 形成了自己的产业;国内对铝合金结构的研究虽然 起步较晚,但正处于高速发展的阶段,近年来国内也 建造了诸多 以 铝 合 金 结 构 为 主 体 的 建 筑[11] 。 尽 管 对铝合金结构的研究越来越广泛且深入,但目前对 于铝合金管约束混凝土构件的研究还尚少,尤其是 方形构件,试验数据不充足,也没有统一的设计计算 方法,制约了其在工程中的应用。 因此有必要进一 步对铝合金管约束混凝土进行力学性能分析,提出 适用于不同截面形状的铝合金管约束混凝土柱的轴 压承载力及稳定承载力计算式。
建院力学14
7.244 2.588
9.832 MPa
< []=10 MPa
满足强度条件
max
M z ymax Iz
M y zmax Iy
Mz My Wz Wy
光滑曲线围成的截面：
方法1：求边界方程y=f(z)，代入应力公式
Mz f (z) M yz
Iz
Iy
求极值
教授 李章政博士：《土木工程力学》
方法2：先求出中性轴的位置，然后 寻找距离中性轴最远的点（yd，zd ），此 为危险点
M W
,
W D3
32
教授 李章政博士：《土木工程力学》
例14.4 验算图示矩形截面梁的强度。
已知：P=10 kN, =15, []=10 MPa；
截面高200mm，宽150mm。
解：
P
P
A
C
B
z
1500
1500
y
外力分解
Py P cos 10cos15 9.659 kN
教授 李章政博士：《土木工程力学》
cmax
N A
M Wz
49.88 103 27 106 26.1102 141 103
19.1 191.5
210.6 N/mm2
< f =215 N/mm2
满足强度条件。
14.2
教授 李章政博士：《土木工程力学》
两向弯曲
1. 两向弯曲现象
N Ney A Iz
N A
1
ey Iz / A
最大、最小应力
max
N A
1
7475铝合金ECAP变形后的组织和性能
收稿日期:2004-06-11基金项目:国家自然科学基金资助项目(59974018)第一作者简介:张 郑(1971-),女,河南新野人,讲师,硕士。
7475铝合金ECAP 变形后的组织和性能张 郑,王经涛,赵西成(西安建筑科技大学冶金工程学院,陕西西安710055)摘要:等径弯曲通道变形(简称ECAP)具有获得超细晶组织和改善力学性能的潜力。
对7475铝合金在523K 和573K 下进行了EC AP 变形,等效真应变达12左右,ECAP 后平均晶粒尺寸约为0.29L m 和0.5L m 。
拉伸试验的结果表明:ECAP 大大改善了合金的塑性,同时也提高了合金的屈服强度和拉伸强度。
关键词:7475铝合金;等径弯曲通道变形(EC AP);超细晶组织;性能中图分类号:TG113 文献标识码:A 文章编号:1007-7235(2004)10-0043-04Microstructure and Properties of 7475Alu minum Alloy after Equa-l Channel Angular PressingZHANG Zheng,W ANG Jing -tao,Z HAO X-i cheng(School of Metallurgical Engineering,Xi .an University of Architecture &Technology,X i .an 710055,China)Abstract:The equa-l channel angular p ressing (EC AP)had achieved the potential for obtaining ultra -fine grain and improving me -chanical properties.In this paper,ECAP was successfully conducted on a 7475alu minum alloy at temperatures 523K and 573K upto an eq uivalent true s trai n of 12using routes Bc.The grain size was refined to wi thin the range from 0.29and 0.5L m by ECAP at these different temperatures.The resul ts from tensile testing indicate that EC AP leads to a significant improvement of ductili ty in the exper i mental alloy while the yield and tensile strength are also slightly i mproved.Key words:7475aluminu m alloy;equa-l channel angular pressing(ECAP);ultra -fine grain;mechanical properties等径弯曲通道变形(ECAP)是一种制备高性能材料的独特的加工方法,它通过强烈的纯剪切变形,能制备出块状亚微晶材料[1]。
薄壁铝合金轴压构件承载力计算的直接强度法_董震
面 ,允许板件的宽厚比超过局部稳定所要求的限度 , 以提高材料的使用效益 。板件局部屈曲虽然对构件 承载力有所影响 ,但由于构件具有较大的回转半径和 较小的长细比 ,材料消耗量还是比壁薄不失稳的截面 低 。对这类截面构件承载力计算 ,无论是薄壁钢结构 还是铝合金结构 ,基于 W inter公式的有效截面理论是 目前最常用的方法 [ 1 ] ,世界上绝大多数国家的规范均 按此原理进行薄壁金属构件承载力计算 。
构件局部屈曲的特点是屈曲前后构件中各板件 的交线保持着原来的直线 ,见图 1 ( b) 。其屈曲半波长 度是三种屈曲模式中最短的 。柔薄的构件在发生局 部屈曲后 ,强度会有较大提高 ,几何缺陷对构件发生 整体屈曲的影响较小 。
构件畸变屈曲的特点是屈曲前后构件中各板件 的交线发生位移或扭转 ,见图 1 ( c) 。但和整体屈曲不 同的是 ,畸变屈曲变形前后构件截面的形状发生改 变 。畸变屈曲半波长度局中 ,屈曲后强度提高幅度较 小 ,几何缺陷对其影响明显 。
但随着对薄壁构件计算理论的研究越加深入以 及现代结构对构件形状的要求越来越丰富 ,结构设计 者们发现有效截面理论的以下缺陷渐渐凸显出来 : ①由于其需要计算构件有效截面分布 ,截面越复杂 ,
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D irect strength m ethod for ca lcula tion of the bear ing capac ity of th in2wa ll a lum inum a lloy m em bers under ax ia l load
焊接铝合金梁的稳定临界荷载计算方法_张银龙
焊接铝合金梁的稳定临界荷载计算方法张银龙1,沈 庆2,陈徐均2*(1.解放军总装备部工程兵科研二所,北京100036; 2.解放军理工大学工程兵工程学院,南京210007)摘 要:应用钢结构的稳定理论及计算方法对焊接铝合金工形截面梁的稳定问题进行了分析和计算,考虑了铝合金焊接结构热影响区材料强度的变化对梁整体失稳时临界荷载的影响,得到几种不同热影响区模式下的临界荷载,并与大型有限元软件A NSY S 模拟计算的结果进行了比较,证明了分析计算的准确性和可靠性,对铝合金结构的稳定理论及计算方法的进一步研究具有参考价值.关键词:焊接;热影响区;临界荷载;稳定理论;铝合金梁中图分类号:T U 395;U 441+.5 文献标识码:A 文章编号:1007824X (2006)01006604由于铝合金材料轻质高强,在土木工程中使用铝合金材料已成为一种发展趋势.[1]目前,铝合金材料已广泛应用于航空、船舶、铁道工业和渡河桥梁器材,具有重要的意义和广阔的前景.[2-3]但是铝合金结构(尤其是铝合金焊接结构)在渡河桥梁中的应用仍属起步和摸索阶段,对铝合金结构型材在生产制作过程中产生的各种缺陷(如残余应力及其分布和焊接热影响区等)存在认识上的盲区,因此有关铝合金结构的设计方法仍不完善.为此,本文拟应用钢结构的稳定理论及计算方法,考虑铝合金焊接结构热影响区材料强度的变化对梁整体失稳时临界荷载的影响,对焊接铝合金工形截面梁的稳定问题进行探索性的分析计算.1 整体失稳时临界弯矩的计算图1 受弯构件的弯扭变形与受力Fig .1 Distortion and f orce subjected on a bending component同钢受弯构件一样,铝合金受弯构件也会产生侧向弯扭失稳或屈曲.[4]3如图1所示,两端简支的单轴对称截面受弯构件在横向均布荷载和跨中集中荷载作用下,在弯矩作用平面内弯曲变形的同时,可能在弯矩作用平面外伴有微小的侧扭变形.对此构件进行弹性分析时可作如下假定:构件为弹性体; 侧向弯曲和扭转时,构件截面的形状不变; 构件的侧扭变形是微小的;!构件为等截面且无缺陷;∀在弯矩作用平面内的抗弯刚度EI x 很大,常常远大于EI y 和自由扭转刚度GI k ,因此屈曲前变形对弯扭屈曲的收稿日期:20050105基金项目:国家自然科学基金资助项目(50309018)*联系人,E-mail:xjch en @s 第9卷第1期扬州大学学报(自然科学版)V ol.9N o.12006年2月J ournal of Yangz hou Univer sity (Natural Science Edition)F eb.2006影响可以忽略不计.假定图1(a )所示两端简支的单轴对称截面受弯构件,其横向均布荷载和跨中集中荷载作用在截面的对称轴平面内,同时出现了图1(b)所示的弯矩作用平面内的弯曲变形和弯矩作用平面外的侧扭变形.根据构件微小变形假定,剪心的竖向位移和侧向位移分别为v 和u ,扭转角为 ,形心的位移为v 和u +y 0sin ≈u +y 0 .按照钢结构的稳定理论及小变形假定可以得到单轴对称压弯构件的微分平衡方程[5]273EI x v ″+M x =0,I y u Ⅳ+(M x )″=0,E I Ⅳ-[(2 y M x +GI k -R -) ′]′+M x u ″=0,(1)式中M x 为任意截面的弯矩;E ,G 分别为材料的弹性模量和剪切弹性模量;I x ,I y ,I k 和I 分别为构件截面对x 轴和y 轴的惯性矩、抗扭惯性矩和翘曲惯性矩;E I x (EI y ),G I k 和GI 分别为构件截面的抗弯刚度、自由扭转刚度和翘曲刚度; y 为不对称截面常数,对于双轴对称工形截面, y =0;R -是截面中残余应力部分的Wagner 效应系数,因为R -≠0,故残余应力对受弯构件的扭转有一定影响,它与构件的长度无关[5]239-241.图2 焊接热影响区和折算强度区Fig .2 Welding heat af fected area and converting intension area 影响构件截面残余应力!r 的因素很多.例如,在铝合金工形截面梁的焊接过程中,由于铝合金的热膨胀系数较高(约为钢材的2倍),当靠近焊缝区域的铝合金被加热达到很高温度并向四周扩散时,这种扩散因受到离焊缝较远区域(温度较低处)的抑制而引起纤维的塑性变形产生应力.当构件完全冷却时,靠近焊缝的区域产生残余拉应力,而在远离焊缝的区域则产生与之平衡的压应力,使得母材金属的力学性能急剧下降,且在焊缝中心处达到最小,这个区域称作焊接热影响区(图2).在计算焊接铝合金受弯构件的整体稳定问题时必须考虑焊接残余应力和热影响区的影响效应[4]51,[6-8].求解微分方程(1)可用数值法或能量法[5]271-286.用能量法求解时须先建立受弯构件总的势能公式,注意到当构件发生侧移时,荷载在平移过程中势能不变,但是当构件绕截面的剪心扭转,荷载作用点位于剪心之上的距离为a时,将下落一段距离a (1-cos )≈a 2/2,因此增加的外力势能将是-12∫l 0qa 2d z +12P a 2l 2.于是,总势能的表达式为∀=12∫l0E I y u ″2+EI ″2+GI k ′2-R - ′2+2 y M x ′2+2M x u ″ -qa 2d z -12P a 2l 2.(2)这样,按弹性理论推导的结果,可以得到单轴对称的工形截面梁的临界弯矩为[5]282M cr = 1#2EI y l 2 2a + 3 y +( 2a + 3 y )2+I I y 1+(G I k -R -)l 2#2EI ,(3)式中 1是临界弯矩修正系数,其取决于作用在受弯构件上的荷载形式; 2是荷载作用点位置影响系数,如果荷载作用点在截面剪心之下的距离为a ,则式(3)中a 应取正值,说明受弯构件屈曲时荷载将使构件减小扭矩作用,因而可提高临界弯矩;如果荷载作用点在截面剪心之上的距离为a ,则式(3)中a 应取负值,说明受弯构件屈曲时荷载将使构件增加扭矩作用,因而降低临界弯矩; 3是荷载形式不同时对单轴对称截面的修正系数. 1, 2和 3之值还与构件端部的约束条件有关.对式(3)的推导虽然考虑了构件截面残余应力和热影响区的影响,但是残余应力和热影响区的分布很难简单地用数学表达式来描述,因此在计算焊接铝合金受弯构件的临界弯矩时采用上述公式则很不方便,于是可以利用强度折算区的概念来简化残余应力和热影响区,但必须对截面的几何特性进行修67第1期张银龙等:焊接铝合金梁的稳定临界荷载计算方法正,以考虑焊接残余应力和热影响区的影响效应[4]51-52.由图2(a ),有!*0.2 b r =∫bh 0f (x )d x ,(4)式中!*0.2为热影响区铝合金材料的最低弹性极限(焊缝中心处);b r 为强度折算区半宽,根据大量的试验和研究成果,在常用的焊接方法中,对熔焊可取b r =25mm [图2(b)],如果采用退火合金进行焊接,则b r =0;b h 为热影响区半宽;f (x )为热影响区材料强度随热影响区半宽变化的关系函数.但实际的热影响区半宽b h 及热影响区内材料强度随热影响区半宽变化的关系函数f (x )很难确定,根据式(4)和试验结果,可以通过简单的线性化处理确定热影响区半宽b h .确定了b h 和简单的f (x )函数表达式,就可以计算构件截面的折算几何特性,再利用临界弯矩公式(3),同时略去式中的Wag ner 效应系数R -,可得到焊接铝合金工形截面梁整体失稳时的临界弯矩和临界荷载.图3 焊接铝合金工形梁截面(mm )Fig.3 Welding aluminum alloy I -bean (mm )2 计算实例有一焊接铝合金工形截面梁,两端简支,跨度为3000mm [参考图1(a )],截面尺寸如图3所示,受一跨中集中荷载P 作用,分别求出该梁在不考虑和考虑热影响区影响时的临界弯矩和临界荷载.假设铝合金的弹性模量E=70000N ・mm -2,剪切弹性模量G =27000N ・m m -2,弹性极限!0.2=245N ・m m -2,热影响区材料的最低弹性极限!*0.2=0.75!0.2.根据上述分析,考虑以下4种工况: a.不计热影响区材料强度的变化;b .热影响区的材料强度呈线性变化;c .热影响区的材料强度呈阶梯状变化;d .整个热影响区材料强度相同(均为!*0.2),该简支梁的临界弯矩和临界荷载的计算结果及计算机模拟结果见表1.表1 焊接铝合金工形截面简支梁整体失稳时的临界弯矩M cr 和临界荷载P cr *Tab .1 Critical moment M cr and critical loads P cr under integer buckling ofa welding aluminum alloy I -beam with simple supported 计算方法a b c d M cr /(kN ・m)P cr /kN M cr /(kN ・m )P cr /k N M cr /(kN ・m)P cr /kN M cr /(kN ・m )P cr /kN 公式计算36.29548.39333.34044.45332.79743.73030.53240.709计算机模拟36.50348.67133.53444.71233.01844.02430.74940.998 *a,b ,c,d 分别代表4种工况, a.不计热影响区材料强度的变化; b.热影响区的材料强度呈线性变化; c.热影响区的材料强度呈阶梯状变化; d.整个热影响区材料强度相同(均为!*0.2)从表1可以发现,考虑热影响区材料强度变化的3种工况的临界弯矩(临界荷载)分别比不考虑热影响区材料强度变化时的临界弯矩(临界荷载)要小8.14%,9.64%,15.88%,所以,热影响区材料的强度变化对铝合金结构而言不能忽略.另外,考虑热影响区材料强度呈线性变化和阶梯状变化时的结果接近,两者仅仅相差1.66%,为使计算简便,可按热影响区材料强度呈线性变化考虑.为了验证上述分析计算的准确性和可靠性,本文又通过大型通用有限元软件ANSYS,利用三维实体单元So lid 64将上述的焊接铝合金工形截面梁划分成920个单元(其中上、下翼缘各320个,腹板280个),借助于其中的屈曲分析功能,同时利用参数化设计和单元的生与死等高级分析技术,对该简支梁的临界弯矩和临界荷载进行了计算机仿真模拟,收敛后得到近似结果,表明计算结果是可靠的.图4显示了工形截面梁整体失稳时的变形情况.3 结论分析计算和设计焊接铝合金结构的稳定问题时,可借鉴应用钢结构的有关稳定计算理论和公式.但由于铝合金材料的热膨胀系数高,故不能忽略焊接热影响区的影响.在应用钢结构有关的稳定计算68扬州大学学报(自然科学版)第9卷图4 焊接铝合金工形截面简支梁整体失稳时的变形图Fig .4 Distortion sketch under integer buckling of welding aluminum alloy I -bean with simple supported理论和公式时必须使用相应的折算截面几何特性,以考虑热影响区的影响效应.根据对焊接铝合金工形截面简支梁的分析与大型计算软件ANSYS 模拟结果的比较可知,两者基本一致,证明了计算的准确性和可靠性.应用上述分析过程,同样可以确定其他截面形式、其他支承条件的焊接铝合金梁的整体稳定问题的临界荷载,但是由于对铝合金结构型材在生产制作过程中产生的各种缺陷仍然存在认识上的盲区,因此本分析过程和计算方法作为一个探索过程仍需进一步修正和改进.参考文献:[1] 张瑾孝.铝合金梁在建筑施工中的运用[J ].中国建筑金属结构,2004,4(4):32-33.[2] 李敬勇,林铸明,赵 勇.舟桥结构用铝合金力学性能研究[J].华东船舶工业学院学报,2004,18(6):84-88.[3] D OBM EIER J M ,BA RT ON F W .A nalytical and ex per imental ev aluat ion of an aluminum br idge deck panel [R ].Charlo ttesville,V A :V ir g inia T r anspo rt atio n R esea rch Council,1999.[4] [意]马佐拉尼F M.铝合金结构[M ].谭梅祝,译.北京:冶金工业出版社,1992.[5] 陈 骥.钢结构稳定理论与设计[M ].北京:科学出版社,2001.[6] 方洪渊,王霄腾,范成磊,等.L F 6铝合金薄板平面内环焊缝焊接应力与变形的数值模拟[J ].焊接学报,2004,25(4):81-84, 6.[7] M AD DOX S J.R eview o f fatigue assessment pr ocedur es fo r w elded aluminum structur es [J].I nt er n J F atig ue,2003,25:1359-1378.[8] U CHIU M I S ,W A N G J ,KA T A Y A M A S ,et a l .P enet rat ion and w elding pheno mena in y ag laser -mig hy bridw elding of aluminum alloy [C]∥In P ro ceeding s o f the 2004I nter natio nal Co ng ress on L asers and Electro -O pt ics.San Fr ancisco:[s.n.],2004:76-85.Calculation method on buckling criticalloads for welding aluminum alloy beamZHANG Yin-long 1,SHEN Q ing 2,CHEN Xu-jun 2*(1.S ec Engin S ci Res Inst,General Armaments Dept,Beijing 100036,China;2.En gin Ins t of E ngin Corps ,PLA Univ of Sci &T ech ,Nan jing 210007,Ch ina )Abstract :This paper analyses and calculates exploringly stability issue about welding alum inum allo y I -beam by m eans of stability theor y and design m ethods of steel str uctures ,and analyzes influence on cr itical loads under beam ′s integ er buckling follow ing material intension change in heat affecting ar ea of aluminum alloy w elding structures .After having analyzed calculation results and com pared the re-sults w ith o nes g ained by finite elem ent analy sis prog ram ANSYS ,a conclusion is arrived that analysis and calculation is ex act and reliable ,and it has an important r efer enced sig nificance fo r fur ther re-search on the stability theory and design m ethods of alum inum alloy structures.Keywords :welding ;heat affecting area ;critical lo ads ;stability theo ry ;alum inum alloy beam (责任编辑 贾慧鸣)69第1期张银龙等:焊接铝合金梁的稳定临界荷载计算方法。
一种基于光纤光栅应变感应的造船门式起重机应力监测系统
工程建设与设计Construction&Design For P roject一种基于光纤光栅应变感应的造船门式起重机应力监测系统A Stress Monitoring System for Gantry Crane for ShipbuildingBased on Fiber Grating Strain Induction张铮(中船第九设计研究院工程有限公司，上海200063)ZHANG Zheng(China Shipbuilding NDRI Engineering Co.Ltd.,Shanghai200063,China)【摘要】讨论了起重机应力监测的几种方法及其优缺点，并根据造船起重机在线实时监测的实际需要，研究了一种基于光纤光栅应变感应的造船门式起重机应力在线监测系统。
[Abstract]This paper discusses several methods of crane stress monitoring and their advantages and disadvantages,and according to the actual needs of o n-line real-time monitoring of s hipbuilding cranes,an on-line stress monitoring system for shipbuilding gantry crane based on fiber bragg grating strain induction is studied.【关键词】应力监测；光纤光栅;传感；解调[Keywords]stress monitoring；fiber bragggrating；sensing；demodulation【中图分类号1TP212【文献标志码】A[DOI]10.13616/ki.gcjsysj.2019.07.062【文章编号】1007-9467(2019) 07-0194-031引言随着中国经济的迅猛发展及对外贸易的连续增长，起重机械行业正朝着大规模、连续化、自动化和智能化的方向发展。
非等温回归再时效工艺对7055铝合金组织与性能的影响
非等温回归再时效工艺对7055铝合金组织与性能的影响张缓;陈忠家;陈锦涛;魏心航
【期刊名称】《有色金属加工》
【年(卷),期】2024(53)2
【摘要】文章以7055铝合金为研究对象,通过TEM、力学性能测试、耐腐蚀性能测试等实验手段,探究非等温回归过程中升温速率对合金组织与性能的影响规律,回归升温速率设为40℃/h、60℃/h、600℃/h,升温截止温度为180℃。
结果表明,当非等温回归再时效工艺为(120℃×24 h)+(60℃/h→180℃)+(120℃×24 h)
时,7055铝合金获得了高于T6态的强度,抗拉强度680 MPa,屈服强度641 MPa,延伸率14%。
60℃/h升温速率下回归再时效后,晶内析出相细小弥散分布,晶界析出相断续排列,晶界无沉淀析出带(PFZ)明显,剥落腐蚀性能评级为EA,耐腐蚀性能优异。
【总页数】5页(P10-14)
【作者】张缓;陈忠家;陈锦涛;魏心航
【作者单位】合肥工业大学材料科学与工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TG146.21
【相关文献】
1.非等温回归再时效对7055铝合金中厚板的厚向组织及性能均匀性的影响
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3.非等温回归再时效对7050
铝合金组织与力学性能的影响4.非等温回归再时效对Al-8Zn-2Mg-2Cu合金厚板厚向组织及性能均匀性的影响5.回归再时效对7055铝合金组织与性能的影响
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冲击载荷下孔隙塌缩过程的数值模拟
冲击载荷下孔隙塌缩过程的数值模拟
赵铮;李晓杰;陶钢
【期刊名称】《爆炸与冲击》
【年(卷),期】2009(029)003
【摘要】爆炸压实过程中多孔体的孔隙闭合程度对压实效果起着决定性作用.利用LS-DYNA有限元程序,对无氧铜中的圆形孔隙塌缩过程进行了数值模拟.根据模拟结果分析得出,在6 GPa的冲击压力下,孔隙闭合时不同边界区域会发生爆炸焊接和射流侵彻,这2种结合机理可以使材料结合更牢固,提高材料的致密度和机械强度,实现高质量的爆炸压实.
【总页数】6页(P289-294)
【作者】赵铮;李晓杰;陶钢
【作者单位】南京理工大学动力工程学院,江苏,南京,210094;大连理工大学工程力学系工业装备结构分析国家重点实验室,辽宁,大连,116024;南京理工大学动力工程学院,江苏,南京,210094
【正文语种】中文
【中图分类】O389
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方管截面铝合金轴心受压构件力学性能研究
方管截面铝合金轴心受压构件力学性能研究
郑秀梅;张铮;李剑彬;谈夏维
【期刊名称】《福建工程学院学报》
【年(卷),期】2017(015)001
【摘要】通过有限元软件ANSYS构建非线性数值模型,并利用现有试验数据进行模型准确性验证.分析了板件宽厚比、截面尺寸效应以及是否约束某一主轴方向位移对构件稳定承载力的影响,发现三者影响均可不予考虑.在大规模参数分析的基础上,建议对于6061-T6,几何缺陷系数中的两个参数分别取α=0.17和λ=0.09,对于6061-T4建议取α=0.21和λ=-0.14.对比中、欧规范计算结果发现,该建议与试验及参数分析结果具有更好的吻合性,满足计算精度和安全度的工程设计要求.
【总页数】5页(P21-25)
【作者】郑秀梅;张铮;李剑彬;谈夏维
【作者单位】福建工程学院土木工程学院,福建福州350118;福建工程学院土木工程学院,福建福州350118;福建省土木工程新技术与信息化重点实验室,福建福州350118;福建工程学院土木工程学院,福建福州350118;福建工程学院土木工程学院,福建福州350118
【正文语种】中文
【中图分类】TU395
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Experimental Research on Stability of Eccentrically Loaded Aluminum Columns
Z H A NG Z heng 1 , Z H AN G Qi-lin2
(1 .Department of Civil Engineering , F ujian U niv ersity o f T echnology , Fuzho u 350007 , China ; 2 .Co llege of Civil Engineering , T ongji U niv ersity , Shang hai 200092 , China) Z HA NG Z heng :frp creep @sina .co m
Abstract : Stability tests were made on eccentrically loaded ex truded H-section alum inum colum ns .T he main parameters va ried in the tests are slenderness ratio and load eccentricity ratio .13 specim ens tested failed by overall flexural buckling in the plane of the applied bending mom ent , and 6 specim ens tested failed by lateral-to rsional buckling out of the plane of the applied bending m oment.The test results have been compared with the desig n results em ployed in N atio nal code for desig n of alum inium structures in China (draft standard for approval)and Eurocode 9:Design of aluminium structures.I t is dem onstrated that for flexural buckling the design results of the bo th codes show good ag reement with the test results and for lateral-torsional buckling the design results of the both codes show conse rvative over the test ones. As rega rd to the results of the two codes, it seem s that the Chinese one is better .
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建筑钢结构进展
第 10 卷
图 3 绕弱轴受弯的偏压试件加载装置图
图 4 绕强轴受弯的偏压试件加载装置图
试件全部采用先分级后连续的混 合加载制 度 。为了 准确地测量 试件 的 变形 和 在试 验 初始 阶 段进 行 力学 对 中 , 利用每个试件跨中 截面 处粘 贴的 沿周 长平 均布 设的 一共四对八片电阻应变片进行试件跨中 截面的纵向 应变 测试 , 同时利用电测百 分表 进行 了跨 中挠 度测 试和 试件 纵向压缩量测试 。应变片和百 分表数据以 及千斤顶 加载 量均利用数据采集系 统通 过计 算机 自动 采集 , 并实 时进 行数据监测 。
Keywords: eccentrically loaded aluminum column ;stability capacity ;in-plane ;out-plane
国内外大量的工 程实 践表 明 , 铝 合金 结构 能适 应现 代工程结构向大跨和 轻质 发展 的需 要 , 符 合现 代施 工技 术的工业化要求 。随着我国铝 合金结构在 土木工程 中的 推广使用 , 国内对该结构研究 的匮乏制约 了其发展 , 如对 偏心受压铝合金 构件 的研 究只 限于 初步 的理 论探 讨[ 1] 。
摘 要 : 以长细比和荷载偏心率为主要参数 , 测试了 19 个 H 形截面 铝合金挤压 型材偏心 受压试 件的稳 定承载 力 , 13 个试件在受弯平面内发生了整体弯 曲屈曲 , 6 个试件 在受 弯平面 外发 生了 弯扭屈 曲 。 对试 验结 果进行 了分 析 , 并将试验结果与国家标准《铝合金结构设 计规范》(报批稿)以及《 欧洲铝合金结构设计规范》(EN9)进行了 比较 。 研究表明 , 对于弯曲屈曲两规范与试验结果均吻合较好 , 对于弯扭屈曲两规范都偏于安全 , 且两种情 况 下我国规范与试验结果均更为接近 。
单向拉伸试验表 明 , 此 种铝 合金 材料 存在 明显 的线 弹性阶段 ;当拉应力接近屈服 强度时 , 材料 的弹性模 量急 剧降低 , 但没有出现类 似低 碳钢 的屈 服平 台而 是直 接进 入了强化阶段 。试 验结束后 , 根据实测 的荷 载-变形 值绘 出铝合金材料的应力-应变关系曲线 , 如图 1 所示 。
2 .2 试验结果
试验过程中 , 当荷载较小时 , 试件的 挠度增长 与荷载 成线性变化 , 且偏 心距 大的 试件 挠度 变化 快 。随着 荷载 增大 , 试件的挠度 增长 相对 于荷 载开 始变 快 。当荷 载接 近极限承载力时 , 试 件均 突然 发生面 内整 体弯 曲失 稳并 随即完全丧失承载力 。由于试件截面 翼缘和腹板 的宽厚 比均较小 , 试验过程中所有试件均未 发生局部 屈曲现象 。 绕强轴受弯的偏压 试验 , 由于 上下两 层侧 向支 撑与 试件 之间不可避免地存 在间 隙 , 试 件发生 失稳 时跨 中段 伴随 有少许出平面位 移 , 稳 定承 载力 有所 降低 。试 件的 典型 破坏情况如图 5 、图 6 所示 。试验过程中测得的试件荷载 N -跨中挠度 δ关系曲线见 图 7 , 全部 试件的实测 偏心距 和承载力见表 3 。
2 平面内稳定承载力试验
2 .1 试验概况
平面内稳定承载力试验包括 6 个绕 弱轴受弯 的偏心 受压试件 、6 个绕强轴受弯的偏心受压试件和 1 个轴压对 比试 件 。 为顺利 加载 , 所有试 件两 端均加 焊了 20mm 厚 的铝板 。试件的编号和各项参数如表 2 所示 。
表 2 平面内稳定承载力试验试件一览表
1 材性试验简述
承载力试验全部试件均取自截面尺寸为 102 ×66 ×6 ×6mm 的 H 形 截 面 铝 合 金 挤 压 型 材 , 合 金 类 型 均 为 6061-T 6 。为了确切地 掌握 承载力 试验 所用 铝合 金挤 压 型材的力学性能 , 进行了相 应的材性试 验 。根据《金 属材 料室温拉伸 试验 方法》(GB/ T 228-2002)[ 2] 所 述方法 , 从 该批型材中取出并测试了一组 2 个材性试件 。
第1期
偏心受压铝合金构件稳定的试验研究
9
轴受弯和 6 个绕强轴受弯的偏 心受压试件 以及 1 个 轴压 对比试件的平面内承载力试验研究 ;然后进行了 6 个绕强 轴受弯的偏心受压试件的平面外承载力试验研究 ;最后利 用试验结果验证《铝合金结构设计规范》(报批稿)(以下简 称为“铝规”)中的铝合金压弯构件稳定承载力计算公式 。
收稿日期 :2007 -06 -08 ;收到修改稿日 期 :2007 -07 -13 基金项目 :建设部国家标准《 铝合金结构设计规范》编 制项目(国标 2003-18)。 作者简介 :
张 铮(1978 -), 男 , 博士 , 讲师 , 主 要从事金属结构研究 , E-mail :f rp creep @sina .com 。 张其林(1962 -), 男 , 博士 、研究员 , 主要从事新型结构体系和计算机仿真技术研究 。
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BC6-1 , BC6-2 绕强轴 2434
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图 1 各材性试件应力-应变关系曲线图
承载力试验采用卧位试验 , 将试 件置于反力 架(与地 面平行的自平衡钢 框架)中 , 利用 油压 千斤顶 施加 荷载 。 试件两端均采用双向刀口铰支座(见图 2)加载方式 , 以模 拟端部铰接的边界条件 。
表 1 材性测试值与各规范取值的比较
试件编号
合金类型
弹性模量 屈服强度 抗拉强度 E / M Pa f 0.2/ M Pa f u/ M Pa
CX1
6061-T 6
6 90 08
235 .3
272 .3
CX2 平均值
60பைடு நூலகம்1-T 6 -
7 36 97 7 13 52
246 .8 241 .0
280 .9 276 .6
试件编号
受弯方向
计算长度 l/ mm
长细比 λ
偏心距 e/ mm
C 0-1
轴压
8 84
60
0
BC1-1 , BC1-2 绕弱轴 884
60
5
BC2-1 , BC2-2 绕弱轴 884
60
10
BC3-1 , BC3-2 绕弱轴 1326
90
10
BC4-1 , BC4-2 绕强轴 2434
60
10
BC5-1 , BC5-2 绕强轴 2434
图 5 绕弱轴偏压试件弯曲屈曲的典型破坏形态
GB5 23 7
6061-T 6
-
245 .0
265 .0
美国规范 6061-T 6511 69589
241 .0
261 .6
EN 9 EN 6061-T 6 70000