钢丝缠绕预应力嵌合结构是指在预应力钢丝缠绕层的预紧下,嵌合子结构经界面嵌合作用而连接起来的结构。其应用解决了重型承载结构的设计、制造、运输、安装等诸多困难。近年来在我国自主建造的万吨级重型压机中已经得到广泛应用,但嵌合连接的基础性原理研究远滞后于工程应用。现重点从多峰弹塑性接触理论、断裂力学和弱边界理论三个方面对嵌合原理进行分析和探讨,为嵌合结构的深入研究和工程应用提供了初步的基础性原理支持。

剖分坎合是钢丝缠绕液压机的关键技术，坎合副的抗剪性及其抗疲劳性对模锻液压机使役期间保持机架完整性至关重要。坎合原理及抗疲劳性方面研究工作的不足限制了该技术的推广和应用。设计坎合疲劳试验夹具，对液压机本体小试样坎合结构进行切向等幅循环载荷疲劳试验。分析坎合结构切向循环载荷条件下三个阶段的载荷-位移循环特性；建立坎合结构疲劳指数模型，当载荷比R=0.1时，坎合结构疲劳量纲一载荷极限为Ft＊max=0.74；研究量纲一切向载荷幅值与均值 a mF＊-F＊关系，得到坎合结构疲劳等寿命曲线；提出基于Miner线性累积损伤理论的坎合结构疲劳累积损伤准则。实现了钢丝缠绕模锻液压机坎合结构的安全性评估和寿命预测。

使役状态机架变形测量及机架完整性评价对钢丝缠绕重型模锻液压机的安全运转至关重要。常规的测试手段有局限性无法实现机架变形全场测量运用数字图像相关法（Digital image correlationDIC）实现了400 MN模锻液压机加、卸载工作循环机架位移和变形的全场测量。用降温法模拟钢丝缠绕预紧力对机架预紧、合成工况进行有限元模拟有限元结果与DIC测量结果吻合验证了降温法有限元模型。研究机架工作循环变形特点加、卸载过程中机架变形基本对称标识点水平间距A2D2最大变化量5.45 mm竖直间距A1A3最大变化量1.53 mm均符合设计要求。基于DIC的测量方法有效解决了重型液压机机架变形全场测量难题并为降温预紧有限元模型提供了验证为钢丝缠绕液压机设计提供了有益参考。

在回顾预应力钢丝缠绕液压机的发展和现状的基础上抽象出液压机的基本力学模型指出重型设备工程领域常用的三种连接结构形式即冶金结合结构、键合结构和坎合结构。分别从连接形式、力学特征和应用特性等多方面对其进行了全面比较分析阐明了各种结合结构的优缺点同时也阐明了坎合结构在重型承载中的应用优势。通过例举我国多台自主建造的万吨级重型压机实施情况说明坎合原理及其技术在重型压机中已经得到广泛应用在重型装备等行业中具有巨大潜在市场。