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Análisis y estudio sobre la estabilidad a la compresión axial de una placa compuesta de acero de titanio

Aug 29, 2024

La placa compuesta de acero de titanio es un material de acero de alto rendimiento que se lamina y se combina mediante un proceso compuesto de acero base con bajo contenido de carbono y revestimiento de metal de titanio. Actualmente es uno de los perfiles metálicos compuestos más investigados y aplicados en el campo de la ingeniería. En comparación con el acero tradicional, los paneles compuestos de acero de titanio tienen buena conductividad térmica, menor costo y ventajas significativas en términos de precio y mercado. Pueden mejorar la eficiencia del diseño y reducir los costos de mantenimiento. En la actualidad, se han llevado a cabo investigaciones mecánicas sobre placas compuestas de acero de titanio, pero la investigación sobre la estabilidad aún es insuficiente. Este artículo se basa en la teoría de la estabilidad a la compresión de placas compuestas de acero de titanio y analiza su estabilidad bajo compresión.

La investigación sobreplacas compuestas de acero de titanioSe centra principalmente en los métodos de preparación. Los métodos de preparación actuales incluyen principalmente el método compuesto de difusión, el método compuesto explosivo, el método compuesto rodante explosivo y el método compuesto rodante. El método compuesto de difusión se utiliza principalmente para preparar uniones soldadas de pequeño tamaño, pero el tiempo de preparación es largo y la eficiencia es baja. El método compuesto explosivo es un método de fabricación ampliamente utilizado con un proceso simple, alta fuerza de unión y la capacidad de obtener interfaces corrugadas. Sin embargo, debido a las enormes vibraciones y ruidos generados por las explosiones explosivas, pueden causar contaminación ambiental y acústica hasta cierto punto, lo que no está en consonancia con la tendencia del desarrollo ecológico. Además, las condiciones de trabajo son malas y el grado de mecanización es bajo, por lo que no se puede utilizar para producir placas compuestas de acero de titanio de gran tamaño. El método compuesto por laminación explosiva también se usa ampliamente, pero el proceso es complicado y un control inadecuado puede afectar la fuerza de unión de las placas compuestas de acero de titanio. La placa compuesta de acero de titanio producida mediante laminación de placas compuestas tiene buena calidad de superficie, tamaño libre, alta precisión, baja contaminación ambiental y alto rendimiento. Es adecuado para procesar placas compuestas de acero de titanio con grandes áreas de capa protectora y es la dirección principal para el futuro. El material de la placa compuesta de acero de titanio se muestra en la Figura 1.

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La Tabla 1 especifica las propiedades físicas de los materiales de base y revestimiento de los paneles compuestos de acero de titanio.
GB/T 8547-2019 "Placa compuesta de acero de titanio" y GB/T 8546-2017 "Placa compuesta de acero inoxidable de titanio" proponen el cálculo de la resistencia a la tracción, el alargamiento y la resistencia al corte de las placas compuestas de acero de titanio. El límite inferior de resistencia a la tracción Rmj se calcula según la ecuación (1):

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En la fórmula: t1 es el espesor del material base de acero con bajo contenido de carbono (mm); T2 es el espesor del recubrimiento metálico de titanio (mm); Rm1 es el valor estándar límite inferior (MPa) de la resistencia a la tracción del material base de acero con bajo contenido de carbono; Rm2 es el valor estándar límite inferior de la resistencia a la tracción del recubrimiento metálico de titanio (MPa).
Se requiere que la tasa de alargamiento A de la placa compuesta de acero de titanio no sea menor que el valor inferior del valor medio del estándar del material de base o revestimiento. La resistencia al corte de la interfaz entre placas compuestas de acero de titanio Clase 0 es mayor o igual a 196 MPa, y la resistencia al corte de la interfaz entre placas compuestas de acero de titanio Clase 1 y Clase 2 es mayor o igual a 140 MPa. En la Figura 2 se muestra la resistencia al corte de placas compuestas de acero de titanio a diferentes temperaturas.

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El método de equilibrio consiste en utilizar la teoría de la elasticidad de deflexión pequeña para establecer la ecuación de equilibrio de la placa, calcular la solución mínima y obtener la carga de pandeo de la bifurcación. Aunque el método del equilibrio puede obtener una solución precisa para las cargas de pandeo, no puede determinar la estabilidad y es difícil de resolver en condiciones complejas. Por lo tanto, el método del equilibrio sólo puede utilizarse como método de análisis básico para calcular la carga de pandeo de las placas. El método de energía puede calcular cargas de pandeo y también analizar la deflexión después del pandeo, lo que lo hace ampliamente utilizado en el análisis de placas. Según el principio de la energía potencial, una estructura siempre tiene un valor fijo en equilibrio. En base a esto, la ecuación de equilibrio se puede obtener utilizando esta energía potencial para determinar la carga de pandeo, y la estabilidad del equilibrio también se puede juzgar utilizando el principio de energía potencial mínima. El método numérico puede resolver eficazmente problemas complejos que no pueden resolverse mediante el método del equilibrio, así como problemas que no pueden expresarse mediante el método de la energía. Como método de análisis rápido y eficaz, puede obtener rápidamente soluciones precisas, especialmente para análisis elástico-plástico.
Análisis de pandeo.
Debido a la disminución de la capacidad de carga general y la estabilidad de la placa después de la deflexión, el aumento de la deflexión afectará su rendimiento. Por lo tanto, las regulaciones actuales limitan la relación ancho-espesor de la placa, exigiendo que la placa no pueda sufrir inestabilidad local antes de que ocurra la inestabilidad general. Teniendo en cuenta el efecto de pandeo sobre la resistencia de la placa después del pandeo, el método de resistencia continua puede tener en cuenta con mayor precisión el desarrollo de la forma de las placas compuestas y optimizar el diseño estructural.