循环应力作用下紧固孔冷胀强化残余应力的衰减响应分析

对冷胀强化孔残余应力衰减的有关问题以及试验结果进行了研究。以LY12CZ与LC4CS为基材的铝合金无衬套冷胀残余应力在外加循环应力作用下有明显的衰减趋势,并以不同速率形式反映了衰减的变化差异。根据冷胀强化最大临界值理论,提出了冷胀饱和度概念。针对衰减曲线的不同变化特征,分析了产生的原因、条件以及主要参数之间的影响作用。     

计算强化孔边应力场的实用方法

根据一种组合强化模型及其弹塑性有限元计算程序,依据有关实测结构,通过等向强化和Ｚｉｅｇｌｅｒ随动强化的适当组合,满意地计算了两种铝合金板材不同胀孔量下的冷胀残余应力,获得了组合比例与胀孔量的关系。同时进行了二次胀孔及干涉配合与拉伸大载荷相互作用的算例计算和分析。     

不同工件超光滑表面残余应力的测试研究

通过对玻璃、陶瓷、金属3个试件进行超精密加工,使试件表面粗糙度达到纳米级,采用非破坏性的X射线衍射sin2ψ法测量原理对不同试件的残余应力进行了测试研究。结果表明:在本试验条件下,3个试件都只存在残余压应力,并且陶瓷的残余压应力最大,金属残余压应力最小。     

钛合金线性摩擦焊残余应力测试

采用X射线衍射法对钛合金线性摩擦焊试件的表面残余应力进行了测试。结果表明线性摩擦焊焊缝中心X、Y两个方向均为拉应力,Y向应力值明显大于X向,焊缝热影响区为压应力,由焊缝向外应力逐渐趋向于0。经真空热处理后,试件各区域应力值都有不同程度的降低。从整体来看,热处理后试件表面残余应力趋于均匀化。     

TC4钛合金超声喷丸强化残余应力数值模拟分析

为了探究TC4钛合金超声喷丸过程中喷丸参数对残余应力的影响规律,基于ABAQUS建立了TC4钛合金超声喷丸强化的3维有限元模型,分别从超声喷丸模型中振动头振幅、弹丸数量和弹丸直径的变化对TC4钛合金表层及亚表层残余应力分布的影响进行了分析。结果表明:随着振动头振幅和弹丸直径的增加,试件表面及亚表面每层残余压应力分布范围及残余压应力值均增大,残余压应力层深度增加;随着弹丸数量的增加,仅能提高每层残余压应力的值,对残余压应力层深度影响较小。     

钛合金平板电子束焊接残余应力数值分析

本文建立了钛合金平板移动电子束热源的焊接温度场和应力场的数值分析模型,针对6mm厚的TC11钛合金平板试件,计算分析3种不同工艺参数的电子束焊接温度场及残余应力分布规律,结果表明对于平板电子束焊接接头,在焊缝及近缝区的很窄的区域内,存在数值接近材料屈服极限的纵向残余应力,焊接工艺不同将会影响残余应力的数值,采用正面焊透加背面修饰的焊接工艺可在一定程度上降低纵向残余应力的数值。      

LY12CZ板材冷挤压强化孔边残余应变场变化初探

 用实测方法初步探讨了ＬＹ１２ＣＺ板材冷挤压强化孔边残余应变场在３种不同交变应力幅作用下的衰减变化情况。结果表明：沿与作用应力垂直且过孔中心的轴线,孔边切向残余应变分量符合幂函数分布规律；在交变载荷作用下,当孔边实际最大应力小于材料屈服极限时,残余应变场在一定次数循环载荷作用下,会有一个突变性衰减变化,而且距孔边距离越近,衰减程度越严重。     

TC17钛合金焊接及局部热处理残余应力的数值模拟

对TC17钛合金平板的氩弧焊焊接和焊后热处理过程进行了数值模拟,模型中考虑材料相变和蠕变,计算得到焊接和热处理过程中的温度场演变情况和热处理前后残余应力分布规律。结果表明,由于存在较大的热输入,焊后产生了较大的残余应力,焊缝附近的HAZ区域纵向残余拉应力达到了650MPa左右,热处理后降低至160MPa左右。采用小孔法和X射线衍射仪测量了试件的残余应力,模拟计算得到的残余应力值与小孔法测试结果符合性较好。     

基于残余应力的激光冲击强化参数多目标优化

为了获取镍基高温合金GH4169激光冲击强化(Laser Shock Peening,LSP)过程中最佳工艺参数,利用ABAQUS/EXPLICIT软件,对搭接率、光斑尺寸、峰值压力和脉冲宽度4个关键工艺参数对残余应力的影响规律进行了研究。以最大残余拉应力、表面平均残余压应力及残余压应力层深度为优化目标,采用径向基神经网络代理模型(Radial Basis Function,RBF)和遗传算法(GA)(包括快速非支配排序遗传算法(NSGA-II)、相邻培养式遗传算法(NCGA)、自适应变异遗传算法(AMGA))相结合的方法对这4个工艺参数进行了多目标优化研究,得到了最优的工艺参数。结果表明,采用AMGA所得的表面平均残余压应力绝对值比NSGA-II所得高22.9MPa,比NCGA所得高59.4MPa。优化后最大残余拉应力降低了6.99%,表面平均残余压应力提高了9.78%,表明了优化方法的有效性。     

有机玻璃残余应力与双折射条纹的关系

 本文通过实验,讨论了有机玻璃残余应力与双折射条纹（冻结应力条纹和热应力条纹）的定量关系,得出可以根据热应力条纹由应力光学定律直接获取有机玻璃残余应力的结论。作者基于这一论点,考察了不同冷却条件下平板有机玻璃残余应力沿断面的分布规律;研究了热处理工艺参数对消除有机玻璃残余应力的影响;测定了三种不同型号飞机舱玻璃的残余应力。     

孔挤压强化对2124铝合金疲劳寿命及微观组织的影响

采用疲劳试验、透射电镜、扫描电镜及X射线衍射仪等方法研究了2124-T851铝合金厚板不同参数孔挤压强化后疲劳寿命与显微组织的变化。结果表明：孔挤压强化后试样的疲劳寿命先随挤压量的增大而升高，随后又迅速降低，挤压量为0.4 mm时疲劳寿命达到峰值，较未强化增加12.66倍；组织观察结果表明孔挤压强化后，在孔壁强化层内形成了位错胞状结构和残余压应力，并且随挤压量增大先迅速增加然后趋于平缓，强化层的形成可以有效延缓疲劳裂纹的扩展速率；同时，适当的孔挤压强化可改善表面粗糙度，降低裂纹萌生几率，从而提高材料的疲劳寿命。     

Cold expansion technology of connection holes in aircraft structures: A review and prospect

As one kind of key anti-fatigue manufacture approaches with simplicity and effectiveness, the hole cold expansion technology satisfies the increasing needs for light weight and durability of aircraft structures.It can improve the fatigue life by several times at no additional weight conditions.The hole cold expansion technology has been widely used in manufacturing and repairing of both fighters and commercial aircraft, and has become a research hotspot in the strengthening technology.In recent years, hole cold expansion process methods, residual stress around expanded holes, the behavior of fatigue crack initiation and propagation, and fatigue lives after cold expansion are researched extensively through lots of experiments and finite element simulations.A review on the hole cold expansion technology research status in the last twenty years is presented in this paper.Via the analysis of the current characteristics and defects of the hole cold expansion technology, combined with the actual needs in design and manufacture of new-generation aircraft, development trends and novel research directions are presented for realizing precise and high-efficiency anti-fatigue manufacture.     

冷挤压孔边残余应力场中裂纹的应力强度因子

 本文给出了复杂应力场中圆孔边穿透裂纹问题的权函数解析解和各种基本载荷作用下孔边裂纹的应力强度因子计算公式。并据此计算了冷挤压孔边残余应力场中裂纹的应力强度因子,进而讨论了裂纹在外载荷和残余应力共同作用下疲劳扩展的特点。     

单边缺口板材试样的J积分试验标定

 单边缺口试样的J积分,当取其缺口内表面为积分回路时,有特别简单的形式,即,并可进一步简化为,其中。 本文对两种单边缺口试样（缺口根部曲率半径ρ分别为20毫米和9毫米）,测定了缺口内表面的应变分布ε（θ）,再经应力-应变曲线转换成形变功密度分布W（θ）,最后通过数值积分求出系数A。试验结果与考虑了Weiss塑性区修正的线弹性断裂力学方法做了比较。     

孔冷挤压有限元仿真中的铰削分界面位置确定方法

开展孔冷挤压过程有限元仿真计算是残余应力分布获取和疲劳寿命预测的前提。在有限元建模阶段，设置铰削层单元与基体材料单元之间的分界面，是模拟铰制终孔工艺过程的关键。通过弹塑性力学分析，建立了挤压强化过程芯棒、衬套和被挤压强化连接孔的应力分析方法；基于分析中得到的不同位置处微单元的径向位移量，建立了铰削分界面相对位置计算模型。并开展了关键参数的敏感性分析，定量研究了关键参数变化对残余应力分布和径向位移量的影响程度。本工作为孔冷挤压强化有限元模型建立中，铰削层单元与基体材料单元分界面相对位置确定，提供了便捷可靠的方法。     

长期大气腐蚀对2A12-T4铝合金结构疲劳性能的影响

开展了2A12-T4铝合金平板试验件、螺栓干涉试验件和冷挤压后螺栓干涉试验件在海南万宁大气环境下暴露腐蚀7年、12年和20年后的疲劳试验,进行了试验件腐蚀形貌分析、断口形貌分析和断口附近的侧边损伤形貌分析,并讨论了结构裂纹萌生位置、结构断裂部位和寿命变化规律等疲劳特征的形成原因和机理。研究结果表明:平板试验件和冷挤压后螺栓干涉试验件在腐蚀20年后的疲劳寿命与腐蚀12年相比基本持平,而螺栓干涉试验件的疲劳寿命持续下降;在长期大气腐蚀环境下结构局部强度的衰减速度排序是:螺栓干涉强化部位>未强化部位>冷挤压后螺栓干涉强化部位;2A12-T4铝合金材料在L-S面中部的腐蚀敏感性与L-S面侧边和L-T面相比更弱;L-S面发生的沿晶腐蚀是疲劳开裂的主要萌生源,长期腐蚀后侧面密集损伤导致的能量分散是使腐蚀20年后平板试验件寿命与腐蚀12年相比无明显下降的主要原因。     

钉孔挤压强化弹塑性计算中形变理论适用性探讨

本文为了检验形变理论在计算钉孔挤压残余应力场的可用性,对同一模型分别釆用全量法和增量法进行有限元计算,计算结果表明:在小的挤压量下,即δ≤2％(挤压量δ定义为(D_棒-D_板)/D_板×100％),两种方法均可釆用,当挤压量较大,即δ>2％时,全量法的结果与边界条件吻合得不好,而增量法符合得很好。从实验结果看,用全量法计算的残余应力计算试件的疲劳裂纹起始寿命与实验结果相差较大,而增量法计算的该寿命则与实验结果接近。工程中的挤压过程大都釆用较大的挤压量,所以,形变理论不适合计算钉孔挤压的残余应力场。     

复合材料界面的微观力学行为研究单纤维拉出试验

使用一专门设计的模型制作了碳化硅／玻璃复合材料单纤维拉出试样。利用纤维拉曼峰波九偏移一纤维所受应变的近似线性关系,首先测定纤维热残余应变的分布,随后对伸出玻璃基体外的纤维段施加给定的拉伸应变,沿纤维轴向用拉曼光谱术逐点测定基体内外纤维的应变,最后依据力平衡原理将应变分布转换为界面剪切应力沿纤维轴向的分布。结果表明：在给出一实验参数下,界面传递应力长度为０．１８ｍｍ,最大界面剪切应力的位置在ｘ为０．