【技术实现步骤摘要】
电弧增材短柱钢管结构件实验装置及性能评估方法
[0001]本专利技术属于结构工程和增材制造
,尤其涉及一种电弧增材短柱钢管结构件实验装置及性能评估方法。
技术介绍
[0002]电弧增材制造(WAAM)采用电弧作为热源熔化金属丝材,通过逐层沉积焊丝来打印金属结构件。在各类增材制造工艺中,WAAM具有较高的沉积速率、较低的设备和原料成本,且对工作场所和成形尺寸的限制较小,特别适用于建筑工程领域大型金属构件的制造。
[0003]短柱钢管结构件是一种应用广泛的结构承载构件,一般是指长细比不大于8的柱状钢管构件,主要承受轴向压力作用,对于圆管其对应高径比一般不大于4。短柱钢管结构件可以单独承载使用,也可通过多根钢管连接后的协同承载来实现杆件体系的整体承载。极限轴压承载状态下,短柱钢管结构件一般仅出现局部屈曲,并不存在整体屈曲失稳的情况;不同截面类型、高径比、径厚比和初始几何缺陷均会导致短柱钢管构件出现不同的局部屈曲变形模式。短柱钢管结构件的轴压破坏模式和承载能力在不同的规范中有相关规定,包括欧洲规范EN
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1993
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4、美国规范AISC 370和中国规范DL/T 5154等;这些规范中的设计式将随着研究人员的最新研究而更新。
[0004]然而,由于WAAM打印结构件具有独特的材料性能和几何不规则性,现有钢结构规范中的设计式均是针对传统工艺制造短柱钢管结构件确定,对于WAAM打印短柱钢管结构件的几何特性和轴压承载性能,其是否适用是值得商榷的;因而有必要进行相关研究和 ...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种电弧增材短柱钢管结构件的性能评估方法,其特征在于,包括以下步骤:S1、试件制备和几何测量:首先准备WAAM板件,然后分别沿与扫描方向夹角θ为0
°
、45
°
和90
°
方向线切割,制作三组标准试件;再通过沉积金属丝材制作短柱钢管结构件,并进行三维扫描和几何测量,并计算局部几何缺陷;S2、实验装置和测试方法;通过拉伸实验获得标准试件的平均力学性能参数,通过轴压实验获得短柱钢管结构件的轴压承载性能的测试值;采用应变片和位移计联合法或非接触三维数字图像法进行位移和应变测量,得到荷载
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段缩量变化曲线;S3、标准设计和性能评估:分析短柱钢管结构件抗压极限荷载、局部长细比和相对平均局部几何缺陷的相关性,评估几何尺寸和局部缺陷的影响;将标准试件的平均力学性能参数代入现有的多种标准中进行计算,得到极限承载力的标准设计值,并和短柱钢管结构件轴压承载性能的试件测试值进行对比,评估现有标准的计算预测能力。2.根据权利要求1所述的电弧增材短柱钢管结构件的性能评估方法,其特征在于,步骤S1中,制作短柱钢管结构件时,每层沿环向为扫描方向,相邻层沿轴向为沉积方向。3.根据权利要求1所述的电弧增材短柱钢管结构件的性能评估方法,其特征在于,步骤S1中,三维扫描和几何测量的流程为,采用非接触式三维激光扫描仪进行几何表面测量,通过间隔取样获得的一系列截面轮廓确定短柱钢管结构件的几何参数;通过直接三维扫描短柱钢管结构件构件的外、内壁表面轮廓来获得几何模型;沿纵向提取短柱钢管结构件几何模型的截面轮廓,测量横截面尺寸。4.根据权利要求1所述的电弧增材短柱钢管结构件的性能评估方法,其特征在于,步骤S1中,计算几何缺陷时,短柱钢管结构件的局部几何缺陷定义为其实际几何参数与理想几何参数的偏差;在每个轮廓截面上沿环向等间距取n个点,测量每个短柱钢管结构件外、内壁的中心面上对应点的纵向线上测点坐标;计算纵向线上各测点与拟合直线的偏差得到局部几何缺陷变化曲线,采用各条纵向线上测点最大偏差的平均值来表征局部几何缺陷的程度。5.根据权利要求1所述的电弧增材短柱钢管结构件的性能评估方法,其特征在于,步骤S2中,采用液压试验机对短柱钢管结构件进行轴压性能试验,液压试验机的下端板为固定约束,上端压板连接有自锁球铰;加载前将短柱钢管结构件两端打磨平整后加装约束环,采用位移控制模式进行单调加载,直至试件破坏;实验过程中利用应变片和位移计联合法或非接触式的三维数字图像相关法获得变形数据。6.根据权利要求5所述的电弧增材短柱钢管结构件的性能评估方法,其特征在于,步骤...
【专利技术属性】
技术研发人员:王震,叶俊,赵阳,陈寅,程俊婷,丁超,汤慧萍,丁智,
申请(专利权)人:浙江大学,
类型:发明
国别省市:
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