冷軋平整界面三維表面形貌轉(zhuǎn)印過程跨尺度研究項目摘要

冷軋帶鋼的表面形貌是在冷軋平整過程中由軋輥毛化表面轉(zhuǎn)印形成的，對其沖壓、摩擦和涂鍍性能有重要影響。為掌握冷軋平整界面三維表面形貌轉(zhuǎn)印過程的特征與規(guī)律，本研究將首先采用圖像拼接與匹準的技術(shù)完成軋輥、帶鋼接觸位置三維形貌的對應性測量和比較，結(jié)合納米壓痕、劃痕實驗，定量描述以微凸體壓入和犁溝耦合作用為基礎(chǔ)的三維形貌轉(zhuǎn)印機制。其次，將在低階應變梯度塑性理論框架下，結(jié)合IF鋼宏、細觀力學實驗建立能夠解釋形貌轉(zhuǎn)印過程中尺度效應的基于細觀位錯模型的材料本構(gòu)關(guān)系。最后，建立包含宏觀帶鋼基體塑性變形和細觀三維形貌轉(zhuǎn)印的多尺度有限元模型，對冷軋平整界面三維形貌轉(zhuǎn)印問題展開數(shù)值模擬，分析尺度效應、毛化軋輥初始形貌和宏觀軋制工藝參數(shù)對形貌轉(zhuǎn)印過程的影響。該課題研究有助于揭示冷軋平整界面三維表面形貌的轉(zhuǎn)印機理，掌握尺度效應下三維形貌的轉(zhuǎn)印規(guī)律，為高質(zhì)量冷軋面板表面形貌的控制奠定基礎(chǔ)。

冷軋帶鋼的表面形貌是在冷軋平整過程中由軋輥毛化表面轉(zhuǎn)印形成的，是冷軋帶鋼最重要的表面質(zhì)量指標之一，對高檔汽車面板和家電面板的沖壓性能以及輥涂或噴涂后漆面與基體結(jié)合力有很大的影響。研究制定高質(zhì)量面板表面形貌的控制工藝方法是提高冷軋產(chǎn)品表面質(zhì)量的當務之急，在研究冷軋、平整過程細觀表面形貌的轉(zhuǎn)印行為中，需要迫切解決的基本科學問題表現(xiàn)為：冷軋平整過程形貌轉(zhuǎn)印的機理問題，冷軋平整過程形貌轉(zhuǎn)印的尺度效應問題，冷軋平整過程形貌轉(zhuǎn)印的跨尺度建模問題。為此，本研究首先采用圖像拼接與匹準的技術(shù)完成了軋輥、帶鋼接觸位置三維形貌的對應性測量和比較。其次，在低階應變梯度塑性理論框架下，結(jié)合IF鋼宏、細觀力學實驗建立了能夠解釋形貌轉(zhuǎn)印過程中尺度效應的基于細觀位錯模型的材料本構(gòu)關(guān)系。最后，建立了包含宏觀帶鋼基體塑性變形和細觀三維形貌轉(zhuǎn)印的多尺度有限元模型，對冷軋平整界面三維形貌轉(zhuǎn)印問題展開數(shù)值模擬，分析尺度效應、毛化軋輥初始形貌和宏觀軋制工藝參數(shù)對形貌轉(zhuǎn)印過程的影響。該課題通過對三維形貌轉(zhuǎn)印現(xiàn)象、機理、建模的深入系統(tǒng)研究，總結(jié)了尺度效應下三維形貌的轉(zhuǎn)印規(guī)律，為高質(zhì)量冷軋面板表面形貌的控制奠定基礎(chǔ)。本課題側(cè)重理論研究與實際應用的融合，在項目開展過程中，在跟蹤測量實際生產(chǎn)中帶鋼表面形貌的基礎(chǔ)上，分析了復印形成的帶鋼表面形貌的特征及規(guī)律，建立了軋輥處于不同磨損情況下油膜厚度與粗糙度復印率的關(guān)系，最終提出了冷軋成品帶鋼表面粗糙度的控制策略。為合作單位高質(zhì)量汽車面板的生產(chǎn)提供了指導作用，帶來顯著技術(shù)進步與經(jīng)濟增長點，具有向其他生產(chǎn)企業(yè)進行推廣的價值潛力。 2100433B

針對大跨度斜拉橋風致災變研究中亟待解決的基礎(chǔ)性問題，從理論分析、數(shù)值模擬、試驗研究和現(xiàn)場測試、工程應用四個方面，深入研究強（臺）風場作用下大跨度斜拉橋的動力學行為、損傷破壞演化機理及其過程，主要包括：1) 揭示大跨度斜拉橋的多尺度物理機制及其耦合機理，建立強（臺）風場作用下大跨度斜拉橋基于物理的、一體化的動力行為描述與分析方法；2) 研究大跨度斜拉橋在強（臺）風場作用下材料尺度的損傷演化行為及損傷累積效應，揭示損傷演化從材料尺度向構(gòu)件尺度發(fā)展的機理和特性，在此基礎(chǔ)上研究構(gòu)件尺度的損傷演化規(guī)律及其失效破壞機理；3) 研究大跨度斜拉橋構(gòu)件尺度破壞與整體結(jié)構(gòu)尺度破壞之間的關(guān)系，建立大跨度斜拉橋風致災變破壞的預測方法，并將研究成果進一步應用于國家重點工程蘇通長江大橋的結(jié)構(gòu)整體狀態(tài)預警系統(tǒng)。. 本項目內(nèi)容是重大工程結(jié)構(gòu)損傷積累、健康監(jiān)測與安全評定研究中亟待解決的核心問題，具有重要的學術(shù)價值。

針對大跨度斜拉橋風致災變研究中亟待解決的基礎(chǔ)性問題，從理論分析、數(shù)值模擬、試驗研究和現(xiàn)場測試、工程應用四個方面，深入研究了強（臺）風場作用下大跨度斜拉橋的動力學行為、損傷破壞演化機理及其過程，主要包括：1) 揭示了大跨度斜拉橋的多尺度物理機制及其耦合機理，建立了強（臺）風場作用下大跨度斜拉橋基于物理的、一體化的動力行為描述與分析方法；2) 研究了大跨度斜拉橋在強（臺）風場作用下材料尺度的損傷演化行為及損傷累積效應，揭示了損傷演化從材料尺度向構(gòu)件尺度發(fā)展的機理和特性，在此基礎(chǔ)上研究了構(gòu)件尺度的損傷演化規(guī)律及其失效破壞機理；3) 研究了大跨度斜拉橋構(gòu)件尺度破壞與整體結(jié)構(gòu)尺度破壞之間的關(guān)系，建立了大跨度斜拉橋風致災變破壞的預測方法，并將研究成果進一步應用于國家重點工程蘇通長江大橋的結(jié)構(gòu)整體狀態(tài)預警系統(tǒng)。 本項目內(nèi)容是重大工程結(jié)構(gòu)損傷積累、健康監(jiān)測與安全評定研究中亟待解決的核心問題，具有重要的學術(shù)價值。 2100433B

本項目對流動、傳熱與傳質(zhì)過程中的空間多尺度現(xiàn)象，以能源與環(huán)境領(lǐng)域中的幾個典型多尺度工程問題為具體研究對象，發(fā)展高效的多尺度數(shù)值求解方式，深入研究不同尺度上尤其是介觀和微觀層次上的流動、傳熱與傳質(zhì)現(xiàn)象，揭示不同尺度上流動、傳熱與傳質(zhì)過程之間的耦合機制。在數(shù)值模擬方面：構(gòu)建MD、DSMC與其它數(shù)值方法耦合的重構(gòu)算子，發(fā)展分區(qū)計算、界面耦合多尺度數(shù)值求解方法；完善分層計算、逐級傳遞多尺度求解方法；發(fā)展湍流流動中壁面粘性影響區(qū)和外層之間高效，準確的信息交換方法。在實驗方面：基于質(zhì)子交換膜燃料電池、太陽能空氣吸熱器及城市小區(qū)空氣品質(zhì)及污染物散發(fā)實驗，發(fā)展相應的多尺度問題的實驗方法，獲得一批可靠的實驗數(shù)據(jù)，為考核與完善所建立的多尺度數(shù)值方法提供實驗依據(jù)。通過本項目的執(zhí)行不僅可以大力提高我國在能源與環(huán)境工程領(lǐng)域中多尺度問題數(shù)值模擬研究的國際地位，而且對相關(guān)的工程問題也有一定的指導與參考意義。