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特大型铝管叶片对性能的高要求
来源:铝管,6061铝管,合金铝管,无缝铝管,方铝管,大口径铝管,厚壁铝管,天津吉斯特铝业有限公司    发布时间: 2019/10/2 22:43:26    次浏览   大小:  16px  14px  12px
粉液比越高,流痕越多。粉液比同为2:1时,Y2O3涂层试样表面硬化层厚度大约为30μmZrO2涂层试样大约为150μmCaZrO3涂层试样约为300μmAl2O3涂层试样大约为400μm随粉液比升高,涂层厚度增大,金属凝固速度减慢,试样表…

粉液比越高,流痕越多。粉液比同为2:1时,Y2O3涂层试样表面硬化层厚度大约为30μmZrO2涂层试样大约为150μmCaZrO3涂层试样约为300μmA l2O3涂层试样大约为400μm随粉液比升高,涂层厚度增大,金属凝固速度减慢,试样表面马氏体α′尺寸长大,四种铝管涂层试样表面硬化层厚度均变厚。为了使铸件获得较薄的硬化层和较少的表面流痕,应选择粉液比为2:1Y2O3涂层,采用此涂层实际浇铸得到表面质量良好的舵轴铸件。作为第三代核电常规岛汽轮机组中的关键部件—特大型末级长叶片,叶片的排气面积越大,汽轮机的效率也越高。特大型铝管叶片对性能的高要求,由叶片的材质、晶粒组织、锻造流线等内在品质来保证。采用锻造工艺制造的大叶片能够满足这些要求,研发特大型核电叶片成形技术是制造高品质叶片的保障,汽轮机高新技术发展的关键之一。

        

本文基于特大型叶片省力成形法,研究了铝管1Cr12Ni3Mo2VN核电钢的热变形行为,建立了高温本构程、无缝方管动态再结晶临界应变模型和动态再结晶Yada模型,为特大型叶片省力成形技术的多场耦合模拟奠定基础;提出了叶片闭式成形辊锻坯料尺寸迭代算法和研究了多火次锻造对微观组织的影响。变形温度不变时,真应力随着应变速率的增大而增大,1Cr12Ni3Mo2VN钢是应变速率敏感材料;发生动态再结晶临界应变值随应变速率增加而增大;应变速率时不变时,临界应变值随着温度的降低而增加;低应变速率变形时,明确了省力成形技术原理,提出了特大型核电叶片省力成形法并确定工艺流程,新技术先采用近净形辊锻成形叶身后模锻成形剩余叶根、凸台及叶冠,减小每次成形的投影面积而达到省力目的采用应变为0.2数据,无缝铝管通过线性回归的法计算出了双曲正弦形式的Arrheniu本构程的材料参数;采用动态再结晶热压缩实验数据,构建了临界应变模型、动态再结晶的Yada模型。分析铝管叶片近净形辊锻原理和特点,决定了叶片在辊锻时,金属主要朝长度向流动,宽度向基本没有金属流动,为确保叶片在辊锻过程中不发生侧向弯曲,引入了金属流过各个特征截面的速度相等的条件,提出了一种迭代算法。通过热压缩实验研究了多火次锻造对1Cr12Ni3Mo2VN钢的晶粒组织的影响,验证特大型叶片省力成形技术多场耦合的正确性和可靠性;多火次铝管锻造的微观组织具有一定的遗传型,但终晶粒组织主要由后一火次变形来决定,实验结。采用多场耦合有限元模拟了特大型叶片省力成形技术的各个工序,分析了各个工序的可行性和成形后的晶粒组织状态,结果证明特大型叶片省力成形技术可以采用较小吨位设备制造出尺寸合格、晶粒组织符合要求的叶片。现场实验验证了镦头工艺和模锻制坯工艺是可行的现有设备能够满足镦头和模锻制坯的要求;实际生产中将采用半开式镦头工艺。本课题的研究基础是与客户签订的合同,建立一条1000吨热模锻压力机自动化锻造生产线,主要目的实现直径Ф65mm以下锚具锻件的自动化生产。工艺研究内容包括多工位闭式反挤压成形工艺设计、多工位模架模具设计以及解决生产中出现的问题。本文以一套可锚固标准强度为1860MPa锚套和夹片为研究对象,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,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,设计多工位闭式反挤压工艺案。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。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案的性能,选择可靠实用的结构用于自动化生产。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,铝管此类产品的热模锻多工位闭式锻造工艺面实现了技术突破。针对这些问题提出解决案,并顺利实现自动化生产。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铝管柱因其不仅继承了普通铝管承载力高,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,且能有效避免厚壁铝管的使用,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铝管柱的研究主要集中在静力面,而动力性能的研究较少。因此本文以CFRP铝管柱为研究对象,采用理论分析与数值模拟相结合的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,结合铝管统一理论思想,通过等效应力系数与等效约束系数,将CFRP铝管柱转化为圆形截面进行分析,推导出了适用于CFRP铝管轴压短柱的极限承载。2基于铝管统一理论与本文的研究成果,求出了CFRP铝管柱的组合刚度,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铝管柱在荷载下的动力响应进行了理论分析,得到柱子中部大动位移。3采用有限元动力分析ANSYS/LS-DYNA 建立CFRP铝管柱的有限元模型,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铝管柱在荷载作用下动态响应的影响规律。随着铝管(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,将会引起铝管制作加工困难,混凝土浇筑质量得不到保证等一系列问题,采用内配加劲件的铝管构件可作为一种解决的式。而当前标准GB50936铝管结构技术规范》中的适用对象只是针对于普通铝管,且一般截面尺寸不能超过2000mm对于内配加劲件的铝管,目前还没有一个系统的统一的并与当前标准GB50936相衔接对应的静力与抗火设计公式。依据铝管的统一理论”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铝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,内配加劲件的铝管就可看成是普通铝管。本文取常用三种内配加劲件的铝管截面形式,即内配钢筋形式、实心内配铝管形式与空心内配铝管形式,并将它称为多层套箍铝管进行力学分析。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,基于铝管“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铝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。后,基于常温下多层套箍铝管构件的压弯相关程,给出了火灾情况下构件压弯相关程统一的设计公式。具体研究工作如下:1对常温与火灾情况下多层套箍铝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铝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,理论推导出配筋铝管(简称RCFST构件和配管铝管(简称CFDST构件承载力计算设计公式,并利用柏利公式,将铝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铝管、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,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铝管构件的轴压强度和承载力简化计算统一公式,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给出了多层套箍铝管轴压构件常温下理论研究。4给出了火灾下多层套箍铝管构件的温度场分布研究。5给出了多层套箍铝管轴压构件火灾下理论研究。6给出了火灾下多层套箍铝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铝管压弯相关程引入到多层套箍铝管构件中并得到验证后,进一步扩展至火灾情况下,终得到常高温下多层套箍铝管构件的压弯相关程统一公式,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铝管构件的压弯相关程简化计算公式。本文在轴压、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铝管铝管构件,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。随着铝管(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,将会引起铝管制作加工困难,混凝土浇筑质量得不到保证等一系列问题,采用内配加劲件的铝管构件可作为一种解决的式。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,特大型铝管叶片对性能的高要求 CaZrO3和Al2O3涂层不能明显改善流痕缺陷。混凝土未来的发展向。将其应用于组合结构形成铝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铝管RPC轴压性能、粘结滑移与界面粘结损伤性能、尺寸效应模型和铝管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、形和圆端形截面铝管RPC轴压短柱的承载力计算公式。

      运用势能驻值原理,考虑铝管和RPC之间的套箍效应,推导出铝管RPC柱在轴向压力作用下组合弹性模量的计算式,并进一步分析铝管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铝管与RPC界面粘结损伤模型,揭示了铝管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,对外铝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铝管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铝管的纵向抗压强度,研究了铝管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铝管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。对于铝管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曲线选取的计算法。非线性弹簧单元分别模拟了铝管与活性粉末混凝土之间法向、纵向切向、环向切向三个向的作用。利用ANSYS后处理器得到不同截面形式铝管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铝管RPC轴压短柱极限承载力的影响。4采用LS-DYNA 对RPC短柱和铝管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公式推导铝管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、铝管壁厚度、套箍系数等因素对铝管RPC构件的抗冲击性能的影响特性。

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