船舶采用鋁合金上層建筑是實現(xiàn)船舶結(jié)構(gòu)輕量化制造的發(fā)展趨勢。鋁合金上層建筑與鋼質(zhì)船體連接的鋁/鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)的可靠性主要取決于鋁-鋼過渡接頭。但由于異種金屬間的物理特性差異和冶金不相容性,現(xiàn)使用的鋁/鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)在焊接制造及服役過程中,容易出現(xiàn)過渡接頭發(fā)生開裂的重大安全隱患,嚴(yán)重影響船舶復(fù)合結(jié)構(gòu)的安全服役性能。單純依靠增加復(fù)合過渡接頭的寬度和調(diào)控焊接工藝參數(shù)尚未解決鋁/鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)開裂問題,制約了復(fù)合結(jié)構(gòu)的廣泛應(yīng)用。首先,本文基于鋁-鋼復(fù)合過渡接頭具有拉/剪強度相當(dāng)?shù)奶匦?提出了船舶鋁/鋼復(fù)合連接結(jié)構(gòu)拉-剪雙承載模式,即將鋁-鋼過渡接頭的承載模式從傳統(tǒng)的正向拉伸承載模式改變?yōu)槔炫c剪切共同作用模式,復(fù)合過渡接頭傾斜角度由復(fù)合界面處的拉伸強度與剪切強度確定（）。數(shù)值模擬研究表明,拉-剪雙承載模式能夠?qū)X/鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)承受拉伸負(fù)荷能力提高27%;并經(jīng)試驗驗證,該模式將鋁/鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)的抗拉應(yīng)力從256 MPa提高到306 MPa,承載能力提高了20%以上。然后,通過數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn),復(fù)合連接結(jié)構(gòu)角焊縫焊接時鋁-鋼界面處產(chǎn)生較高溫度且溫度場非均勻分布,從而導(dǎo)致界面抗拉強度不同程度降低,影響鋁/鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)可靠性... 

【文章來源】：浙江工業(yè)大學(xué)浙江省

【文章頁數(shù)】：75 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

某船鋁/鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)實物圖

氣運輸船中大型鋁球罐的赤道帶（鋁板厚200mm）與鋼船體的過渡連接等。近年來，國內(nèi)外研究人員展開了大量關(guān)于鋁-鋼復(fù)合過渡接頭的相關(guān)研究，由于溫度是影響復(fù)合界面結(jié)合強度的重要因素，在研究鋁-鋼復(fù)合過渡接頭界面溫度對焊后性能影響方面，Tricarico[24]等通過測量鋁-鋼界面金屬間化合物的厚度以及界面剪切強度，研究了不同熱處理條件對鋁-鋼爆炸焊接接頭的影響。金相分析和顯微硬度測量結(jié)果表明，熱處理溫度是影響界面結(jié)合層長大的主要因素，因為熱處理溫度越高，界面結(jié)合層增長的幅度越大，而熱處理時間的影響不顯著。圖1-3熱處理時間與溫度對金屬間化合物生長與剪切強度的影響Figure1-3.Theeffectofheattreatmenttimeandtemperatureonthegrowthandshearstrengthofintermetalliccompounds王小華[25]等為研究界面溫度與界面結(jié)合強度的關(guān)系，進行模擬焊后熱處理試

船用鋁合金/鋼復(fù)合接頭承載能力提高方法研究5影響。黃健[34]等采取擴大鋁-鋼過渡接頭的寬度(B)的方法取B≥5t，其中t為上層建筑鋁板厚度，用于消除過渡接頭的分層現(xiàn)象。但并沒有給出具體的寬度值和確定方法，會存在復(fù)合過渡接頭過寬或過窄問題，寬度過大，會增加船體總重量，影響船舶機動性和技術(shù)性能；寬度過小，無法滿足承載能力要求。圖1-4過渡接頭分層現(xiàn)象[32]Figure1-4.Transitionjointstratification劉扣森[35-36]等則提出新型四層和五層復(fù)合過渡接頭，并用鋁合金TIG焊、鋁合金MIG焊對鋁-鋼復(fù)合過渡接頭與鋁合金板材進行焊接，研究不同焊接方法及其工藝參數(shù)焊接復(fù)合過渡接頭時的復(fù)合界面峰值溫度，發(fā)現(xiàn)焊接時新型多層過渡接頭界面峰值溫度低于三層過渡接頭，且新型多層過渡接頭也能滿足性能指標(biāo)。在鋁-鋼復(fù)合接頭界面連接形狀方面，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)實現(xiàn)5083鋁合金板與槽型界面鋼板的爆炸焊接，利用鋁合金和鋼冶金結(jié)合作用及燕尾槽的擠壓嚙合作用實現(xiàn)爆炸復(fù)合，并進行拉剪性能試驗，其剪切強度均大于167.6MPa，滿足鋁合金-鋼復(fù)合板結(jié)合強度的要求[37-40]。圖1-3爆炸復(fù)合板截面實物圖[37]Figure1-3.Explosivecompositeplatecross-sectionphysicalmap

【參考文獻】：
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碩士論文
[1]船體鋼鋁結(jié)構(gòu)過渡接頭焊接工藝試驗及應(yīng)用研究[D]. 宋義兵.哈爾濱工程大學(xué) 2017
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本文編號：3275773