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            1. 鋁業新聞
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              特大型鋁管葉片對性能的高要求
              來源:鋁管,6061鋁管,合金鋁管,無縫鋁管,方鋁管,大口徑鋁管,厚壁鋁管,天津吉斯特鋁業有限公司    發布時間: 2019/10/2 22:43:26    次瀏覽   大小:  16px  14px  12px
              粉液比越高,流痕越多。粉液比同為2:1時,Y2O3涂層試樣表面硬化層厚度大約為30μmZrO2涂層試樣大約為150μmCaZrO3涂層試樣約為300μmAl2O3涂層試樣大約為400μm隨粉液比升高,涂層厚度增大,金屬凝固速度減慢,試樣表…

              粉液比越高,流痕越多。粉液比同為2:1時,Y2O3涂層試樣表面硬化層厚度大約為30μmZrO2涂層試樣大約為150μmCaZrO3涂層試樣約為300μmA l2O3涂層試樣大約為400μm隨粉液比升高,涂層厚度增大,金屬凝固速度減慢,試樣表面馬氏體α′尺寸長大,四種鋁管涂層試樣表面硬化層厚度均變厚。為了使鑄件獲得較薄的硬化層和較少的表面流痕,應選擇粉液比為2:1Y2O3涂層,采用此涂層實際澆鑄得到表面質量良好的舵軸鑄件。作為第三代核電常規島汽輪機組中的關鍵部件—特大型末級長葉片,葉片的排氣面積越大,汽輪機的效率也越高。特大型鋁管葉片對性能的高要求,由葉片的材質、晶粒組織、鍛造流線等內在品質來保證。采用鍛造工藝制造的大葉片能夠滿足這些要求,研發特大型核電葉片成形技術是制造高品質葉片的保障,汽輪機高新技術發展的關鍵之一。

                      

              本文基于特大型葉片省力成形法,研究了鋁管1Cr12Ni3Mo2VN核電鋼的熱變形行為,建立了高溫本構程、無縫方管動態再結晶臨界應變模型和動態再結晶Yada模型,為特大型葉片省力成形技術的多場耦合模擬奠定基礎;提出了葉片閉式成形輥鍛坯料尺寸迭代算法和研究了多火次鍛造對微觀組織的影響。變形溫度不變時,真應力隨著應變速率的增大而增大,1Cr12Ni3Mo2VN鋼是應變速率敏感材料;發生動態再結晶臨界應變值隨應變速率增加而增大;應變速率時不變時,臨界應變值隨著溫度的降低而增加;低應變速率變形時,明確了省力成形技術原理,提出了特大型核電葉片省力成形法并確定工藝流程,新技術先采用近凈形輥鍛成形葉身后模鍛成形剩余葉根、凸臺及葉冠,減小每次成形的投影面積而達到省力目的采用應變為0.2數據,無縫鋁管通過線性回歸的法計算出了雙曲正弦形式的Arrheniu本構程的材料參數;采用動態再結晶熱壓縮實驗數據,構建了臨界應變模型、動態再結晶的Yada模型。分析鋁管葉片近凈形輥鍛原理和特點,決定了葉片在輥鍛時,金屬主要朝長度向流動,寬度向基本沒有金屬流動,為確保葉片在輥鍛過程中不發生側向彎曲,引入了金屬流過各個特征截面的速度相等的條件,提出了一種迭代算法。通過熱壓縮實驗研究了多火次鍛造對1Cr12Ni3Mo2VN鋼的晶粒組織的影響,驗證特大型葉片省力成形技術多場耦合的正確性和可靠性;多火次鋁管鍛造的微觀組織具有一定的遺傳型,但終晶粒組織主要由后一火次變形來決定,實驗結。采用多場耦合有限元模擬了特大型葉片省力成形技術的各個工序,分析了各個工序的可行性和成形后的晶粒組織狀態,結果證明特大型葉片省力成形技術可以采用較小噸位設備制造出尺寸合格、晶粒組織符合要求的葉片,F場實驗驗證了鐓頭工藝和模鍛制坯工藝是可行的現有設備能夠滿足鐓頭和模鍛制坯的要求;實際生產中將采用半開式鐓頭工藝。本課題的研究基礎是與客戶簽訂的合同,建立一條1000噸熱模鍛壓力機自動化鍛造生產線,主要目的實現直徑Ф65mm以下錨具鍛件的自動化生產。工藝研究內容包括多工位閉式反擠壓成形工藝設計、多工位模架模具設計以及解決生產中出現的問題。本文以一套可錨固標準強度為1860MPa錨套和夾片為研究對象,設計了用于1000噸熱模鍛壓力機的四工位閉式反擠壓工藝、四工位模架模具和新型反擠壓模具結構。將研究結果應用在1000噸熱模鍛壓力機自動化生產線上,終實現自動化生產。具體研究內容如下:首先,根據錨具鍛件內小孔外錐形的特點,設計多工位閉式反擠壓工藝案。分析閉式反擠壓工步的材料流動應力與常規反擠壓的不同之處。預鍛件形狀和反擠壓,確定錨套和夾片的多工位閉式反擠壓工藝圖紙。其次,根據1000噸熱模鍛壓力機的裝?臻g和鍛造工藝,設計四工位模架和四個工位的模具。模具設計的重點是確定反擠壓成形凸模的結構,本文設計了三種反擠壓成形凸模結構,通過模擬分析和實驗驗證三種結構案的性能,選擇可靠實用的結構用于自動化生產。后,將四工位閉式反擠壓工藝和四工位模架模具應用在1000噸熱模鍛自動化生產線上,并解決生產中出現的問題。錨套和夾片鍛件存在主要問題是同軸度超差;錨套和夾片沖頭都存在沖頭壽命偏低的問題,錨套壽命偏低的主要原因是磨損嚴重,夾片沖頭的主要問題是頭部鐓粗、斷裂和彎曲。本課題研究的多工位閉式反擠壓工藝,實現了內孔Ф16mmФ36mm深徑比2.5~3.1壁厚3mm8mm小孔錐形件的多工位自動化生產,設計了新型的反擠壓凸模結構并實現應用,鋁管此類產品的熱模鍛多工位閉式鍛造工藝面實現了技術突破。針對這些問題提出解決案,并順利實現自動化生產。將錨套和夾片的多工位閉式反擠壓工藝應用在自動化生產線上。生產效率達到9件/分鐘,錨套反擠壓沖頭壽命1200015000件,實現了預期目標,達到客戶要求。為多工位自動化鍛造工藝的進一步發展提供了理論和實踐依據。CFRP鋁管柱因其不僅繼承了普通鋁管承載力高,塑性、韌性好的優點外,還具有良好的耐火、耐腐蝕性,優越的抗震性能,且能有效避免厚壁鋁管的使用,逐漸廣泛興起,發展前景較好的一種新型組合結構形式。發生的事故不斷地威脅著人們生命和財產安全,如何提高建筑結構的防爆抗爆性能,已經成為一項重要的研究課題。目前關于CFRP鋁管柱的研究主要集中在靜力面,而動力性能的研究較少。因此本文以CFRP鋁管柱為研究對象,采用理論分析與數值模擬相結合的法對其承載力和在荷載下的動力響應進行了研究。主要研究內容和成果如下:1基于雙剪統一強度理論,結合鋁管統一理論思想,通過等效應力系數與等效約束系數,將CFRP鋁管柱轉化為圓形截面進行分析,推導出了適用于CFRP鋁管軸壓短柱的極限承載。2基于鋁管統一理論與本文的研究成果,求出了CFRP鋁管柱的組合剛度,進而推導了塑性極限彎矩,并將荷載簡化為下降三角形荷載,采用等效單自由度法對CFRP鋁管柱在荷載下的動力響應進行了理論分析,得到柱子中部大動位移。3采用有限元動力分析ANSYS/LS-DYNA 建立CFRP鋁管柱的有限元模型,對其在荷載下的動態響應進行數值模擬,通過與上述理論分析結果對比驗證了模型的正確性,研究了CFRP厚度、混凝土強度等級、鋼材強度等級、含鋼率、柱高、軸壓比及比例距離等對CFRP鋁管柱在荷載作用下動態響應的影響規律。隨著鋁管(簡稱CFST柱在工業與民用建筑、橋梁與塔架等結構工程中越來越廣泛的應用,工程結構對大跨、高聳、重載的要求也逐漸提高。當構件承載力不斷增加,截面尺寸越來越大時,將會引起鋁管制作加工困難,混凝土澆筑質量得不到保證等一系列問題,采用內配加勁件的鋁管構件可作為一種解決的式。而當前標準GB50936鋁管結構技術規范》中的適用對象只是針對于普通鋁管,且一般截面尺寸不能超過2000mm對于內配加勁件的鋁管,目前還沒有一個系統的統一的并與當前標準GB50936相銜接對應的靜力與抗火設計公式。依據鋁管的統一理論”思路,內外鋼材對混凝土的約束套箍作用在各種荷載條件下的性質變化應該是完全連續的因此將普通和內配加勁件的鋁管統一起來進行研究,具有實際工程意義,同時也具有較強的理論意義。當內配含鋼率等于零時,內配加勁件的鋁管就可看成是普通鋁管。本文取常用三種內配加勁件的鋁管截面形式,即內配鋼筋形式、實心內配鋁管形式與空心內配鋁管形式,并將它稱為多層套箍鋁管進行力學分析。通過建立相關的理論模型推導,得出構件在軸壓及火災下性質隨各參數變化的函數關系或規律。然后,基于鋁管“統一理論”得到常溫與高溫下三種不同截面形式的多層套箍鋁管構件完全統一連續的相關設計公式。并結合試驗研究結果和數值模擬計算與參數分析結果,對理論公式的正確性進行驗證。后,基于常溫下多層套箍鋁管構件的壓彎相關程,給出了火災情況下構件壓彎相關程統一的設計公式。具體研究工作如下:1對常溫與火災情況下多層套箍鋁管構件進行軸壓試驗研究。填補和增加了相關試驗研究,并對試驗現象、荷載-變形全過程曲線、溫度場-時間全過程曲線與變形-時間全過程曲線進行了詳細的分析。2對常溫與火災情況下多層套箍鋁管構件進行了數值模擬計算與參數分析。通過有限元數值模擬結果與試驗結果的比較,驗證了本文模型的正確性,然后開展了相關參數對構件不同性能的影響分析;诏B加原理、薄壁圓筒理論、厚壁圓筒理論和極限平衡法,理論推導出配筋鋁管(簡稱RCFST構件和配管鋁管(簡稱CFDST構件承載力計算設計公式,并利用柏利公式,將鋁管看成一種組合材料,推導得到系;诟窳趾瘮捣ㄅc分離變量法,對構件的截面溫度場模型進行解析分析,得到截面各材料溫度場分布計算公式的構造形式,然后結合有限元數值模擬結果擬合回歸得到鋁管、鋼筋以及混凝土的均勻受火下平均溫度場半解析解計算公式,后與有限元模擬算例與試驗結果進行了對比,驗證了溫度場分布的正確性;隍炞C后的各材料溫度場分布的半解析解,常溫靜力下構件軸壓承載力統一公式的基礎上,引入強度折減系數和高溫下構件的系數,得到標準火災下,常溫與火災下任意時刻多層套箍鋁管構件的軸壓強度和承載力簡化計算統一公式,后與本文和收集到試驗數據進行對比,驗證了公式的合理性。3給出了多層套箍鋁管軸壓構件常溫下理論研究。4給出了火災下多層套箍鋁管構件的溫度場分布研究。5給出了多層套箍鋁管軸壓構件火災下理論研究。6給出了火災下多層套箍鋁管構件耐火時間和防火保護措施分析計算。得出了有、無設置防火保護層時構件的耐火時間;給出了三種滿足耐火極限要求的不同種保護措施,即內配加勁件式作為防火措施、外涂非型涂料作為抹M5普通水泥砂漿作為防火保護層,且分別得到滿足耐火時間下內配加勁件的截面面積和所使用防火保護層厚度計算公式。將國內規范推薦的普通鋁管壓彎相關程引入到多層套箍鋁管構件中并得到驗證后,進一步擴展至火災情況下,終得到常高溫下多層套箍鋁管構件的壓彎相關程統一公式,并與數值模擬結果與試驗結果進行對比,驗證了公式的合理性。7給出了常高溫下多層套箍鋁管構件的壓彎相關程簡化計算公式。本文在軸壓、彎、壓彎和火災情況下所得到構件相關設計公式可以同時適用于普通、內配多層鋼筋、實心和空心內配多層鋁管鋁管構件,且保證了常溫和高溫下公式形式的連續和統一,具有很好的工程設計指導意義。隨著鋁管(簡稱CFST柱在工業與民用建筑、橋梁與塔架等結構工程中越來越廣泛的應用,工程結構對大跨、高聳、重載的要求也逐漸提高。當構件承載力不斷增加,截面尺寸越來越大時,將會引起鋁管制作加工困難,混凝土澆筑質量得不到保證等一系列問題,采用內配加勁件的鋁管構件可作為一種解決的式;钚苑勰┗炷(簡稱RPC作為綠色高性能混凝土具有超高強度、高韌性、耐久性好、體積性優良的特點,特大型鋁管葉片對性能的高要求 CaZrO3和Al2O3涂層不能明顯改善流痕缺陷;炷廖磥淼陌l展向。將其應用于組合結構形成鋁管活性粉末混凝土結構構件,對其研究具有重要的理論意義和工程應用價值。本文研究了不同截面形式鋁管RPC軸壓性能、粘結滑移與界面粘結損傷性能、尺寸效應模型和鋁管RPC抗沖擊性能。主要的研究工作和創新成果如下:1以統一強度理論和厚壁圓筒理論為基礎,推導了圓形、形和圓端形截面鋁管RPC軸壓短柱的承載力計算公式。

                    運用勢能駐值原理,考慮鋁管和RPC之間的套箍效應,推導出鋁管RPC柱在軸向壓力作用下組合彈性模量的計算式,并進一步分析鋁管RPC柱的組合軸壓剛度。采用粘結強度和割線模量定義了界面粘結損傷變量,建立了一種基于損傷理論的鋁管與RPC界面粘結損傷模型,揭示了鋁管RPC界面粘結的損傷機理。采用Weibul統計尺寸效應模型對核心RPC抗壓強度進行修正,對外鋁管采用考慮尺寸效應的厚壁圓筒理論,從而對不同截面形式的鋁管RPC軸壓短柱提出了考慮界面粘結性能和尺寸效應的軸壓承載力計算法,并探討了強度理論參數、套箍指標和活性粉末混凝土強度對承載力的影響特性。2基于統一屈服準則和應變梯度塑性理論,推導考慮尺寸效應的厚壁圓筒塑性極限解,得到考慮尺寸效應的外鋁管的縱向抗壓強度,研究了鋁管RPC尺寸效應規律及不同變形條件下尺寸效應的作用機理。3采用三段線近似模擬鋁管RPC粘結滑移本構模型,以便于進行ANSYS數值模擬時彈簧單元的施加。對于鋁管RPC粘結滑移數值模擬采用非線性彈簧單元Combination39,分析了該單元的特點以及FD曲線選取的計算法。非線性彈簧單元分別模擬了鋁管與活性粉末混凝土之間法向、縱向切向、環向切向三個向的作用。利用ANSYS后處理器得到不同截面形式鋁管RPC短柱的軸壓承載力和荷載-變形關系曲線,與文獻中試驗曲線吻合較好,探討了RPC軸壓強度、套箍系數和軸壓剛度比對鋁管RPC軸壓短柱極限承載力的影響。4采用LS-DYNA 對RPC短柱和鋁管RPC短柱進行分離式霍普金森壓桿(簡稱SHPB有限元數值模擬。數值分析得到應力波的波形圖、構件的軸向應力時程和軸向應變時程、重構的應力應變曲線均與試驗結果基本一致,證明了有限元模型的合理性;贑EB公式和Malver公式推導鋁管RPC試件的動態增長因子計算表達式,給出了三波法和兩波法計算試件應變、應力和應變率的基本公式。研究了沖擊荷載作用下RPC應變率強化的特性、試件破壞過程以及動態增長因子的響應規律,探討了活性粉末混凝土強度、鋁管壁厚度、套箍系數等因素對鋁管RPC構件的抗沖擊性能的影響特性。

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