钛合金窄间隙TIG焊试板热处理前后表面残余应力研究

采用磁控窄间隙TIG焊接方法对31mm厚TC4钛合金试板进行焊接,焊接完成后采用压痕应变法测量真空退火处理前后表面焊接残余应力分布。结果表明,试板表面纵向焊接残余应力σx和横向焊接残余应力σy均较高;试板下表面焊接残余应力高于上表面焊接残余应力;峰值焊接残余应力出现在高温热影响区,数值可以达到材料屈服强度的50%~60%。经过650℃的真空退火热处理,焊接试板的纵向和横向残余应力均显著降低,残余应力降低幅度最高超过50%,剩余残余应力峰值均低于200MPa,表面残余应力重新分布。     

AISI 304钢-铌异种金属激光焊温度场及残余应力研究

采用SYSWELD软件,对AISI 304钢–铌异种金属激光焊接过程进行动态模拟,在研究了AISI 304钢–铌异种金属激光焊接接头温度场的基础上,分析了焊后薄板的残余应力分布。结果表明:异种金属焊接温度场呈不对称分布,铌侧高温区域比不锈钢侧要宽;沿焊接方向上,无论是横向残余应力还是纵向残余应力,焊缝中部区域都存在最大残余拉应力;而垂直于焊缝方向上,横向残余应力和纵向残余应力在焊缝及焊缝附近区域应力梯度都比较大,分布形态都呈"M"状,纵向残余应力在焊缝区表现为残余拉应力,而横向残余应力在焊缝中心处出现了压应力。     

6082铝合金双轴肩搅拌摩擦焊试板温度场研究

采用热电偶测温技术系统测定了6mm6082铝合金双轴肩搅拌摩擦焊试板各特征点的温度变化曲线,分析了双轴肩搅拌摩擦焊过程中焊接试板不同区域的温度场分布特征。双轴肩搅拌摩擦焊搅拌头上、下轴肩同时产热,比传统搅拌摩擦焊产热量大,且热输入方式及试板接触散热条件也有很大不同,因此,其稳定焊接速度较大,从而导致双轴肩搅拌摩擦焊试板温度场分布特征与传统搅拌摩擦焊明显不同。双轴肩搅拌摩擦焊过程分为加速焊接和稳定焊接两个阶段,起始阶段,随着焊接速度的增加,靠近起始端测温点的温度逐渐升高,而远离起始端各测温点的温度升温则非常缓慢,当焊接速度达到较高的稳定焊接速度,搅拌头接近后续各测温点时,其温度值瞬间急剧升高,然后随着搅拌头的远离,温度值逐渐下降。不同区域测温点温度测试结果显示,靠近下轴肩试板测温点的温度高于靠近上轴肩试板、后退侧的温度明显高于前进侧;与单轴肩搅拌摩擦焊接试板相同,距离焊缝越近的位置温度上升和下降的越剧烈,峰值温度越高;焊接速度提高,各测温点的峰值温度依次降低,随着测温点远离焊缝中心,焊接速度对其温度分布的影响作用逐渐减弱。     

工程陶瓷超声振动磨削残余应力特性研究

在自行研制的二维超声振动磨削系统下对工程陶瓷表面残余应力特性进行了试验研究,在同样的参数下,与普通磨削表面残余应力进行比较和分析得出:两种磨削方式下表面残余应力皆为压应力,且随着磨削深度的增加,两种磨削方式下表面残余应力均呈现减小趋势,但超声磨削残余应力的减小趋势较普通磨削缓慢。超声振动磨削表面残余应力大于普通磨削。其他参数不变,随着磨粒的增大,两种方式表面残余应力呈上升趋势。     

预拉伸条件下铝合金焊接残余应力的数值模拟

利用ANSYS有限元分析软件,通过APDL语言编程,实现了不同预拉伸应力条件下铝合金平板对接焊过程中,温度场及应力场的模拟分析.计算结果表明,预拉伸焊接法可以有效地控制焊接残余应力,随着预拉伸应力的增大,其焊后残余应力值逐渐减小.当预拉伸应力σP从0增加到90%σ0.2时,纵向残余应力降低了85.6%.模拟分析结果与实验测试结果基本吻合.     

钛合金电子束焊接表面残余应力的测试和有限元分析

采用多束电子束流焊接Ti60钛合金,并利用小孔法和有限元分析方法分别测试和模拟焊后残余应力值.对焊前预热、焊后缓冷和焊前预热+焊后缓冷三种焊接工艺下的残余应力值进行比较,研究残余应力的分布规律.研究结果表明,在垂直焊缝截面上,纵向残余应力σx的模拟结果与测试结果在变化趋势上基本一致.在平行焊缝截面上,实测与模拟纵向残余应力σx的分布规律相似.证明了有限元模型的合理性和可靠性.采用预热+焊接的焊接工艺对残余应力影响不大,采用焊接+缓冷的焊接工艺可以改变残余应力的分布.     

中间层厚度对陶瓷扩散焊接头应力分布影响的数值分析

采用有限元计算方法，对平面应变、平面应力两种应力状态下含中间层的陶瓷接头界面上应力分布规律进行数值分析。得到了接头界面上正应力和剪应力沿板定的分布曲线。结果表明，中间层材料厚度小时，两种应力状态下的正应力和剪应力在接头界面上滑板定的分布基本均匀。中间层材料厚度增大，平面应变状态下试件中部的正应力增大并出现峰值；平面应力状态下在试件自由瑞边缘正应力增大并出现峰值。两种应力状态下界面上的剪应力由板中央到板边缘逐渐增大，界面上边缘处最大剪应力的值也随中间层厚度的增加而增大。因此，在保证接头接合良好的前提下，应采用小厚度的中间层。     

钛合金薄板激光修饰焊残余应力研究

采用X射线法测量焊接残余应力,对比研究了TC4钛合金薄板激光焊和激光修饰焊的残余应力分布规律与特点。结果表明:激光修饰焊未改变TC4钛合金薄板激光焊接接头残余应力的分布特征;激光修饰焊可以显著降低焊接接头横向残余应力,X方向上的最大残余压应力由原来的409MPa降到345MPa,Y方向则从316MPa降至278MPa,在焊缝两侧8mm范围内,应力值波动很小,基本呈现均匀分布,对于焊接纵向残余应力激光修饰焊只是略微降低应力波动幅度;与激光焊的接头边缘处相比,由于边缘效应激光修饰焊接产生的残余应力释放幅度较低,从27%~42%降到10%~18%。     

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。      

高速干切削工件表面残余应力分析

建立了金属正交切削的热力耦合有限元模型,对难加工材料GH4169进行非稳态的干切削加工模拟,得到卸载后不同切削速度下工件表面应力场、温度场的分布。分析了不同切削速度下工件残余应力的分布规律以及对工件抗疲劳性能的影响。结果表明,随着切削速度的增大,工件表层的残余拉应力整体上呈现增大的趋势,但在表层迅速下降转化为压应力,并在100~140μm处出现峰值,然后逐渐减小,并且随着切削速度的增大压应力层有向内部深入的趋势,这有利于提高工件的抗疲劳性能,为高速干切削难加工材料的工艺研究提供了参考依据。     

TC4合金低塑性抛光过程数值模拟

为了研究低塑性抛光工艺参数对材料表面性能的影响,采用有限元分析软件ANSYS对TC4合金板材低塑性抛光表面强化过程进行了数值模拟。运用单因素试验法分别分析了液压油预压力、滚压速度、滚压道次、进给量4个工艺参数对表面残余应力的影响。结果表明:液压油预压力对残余应力分布影响最大,增加液压油预压力可使残余压应力层深度明显增加;滚压速度和滚压道次主要影响表面残余应力,表面残余压应力随滚压速度减小和滚压道次增加而增大;进给量对残余应力分布均匀性有显著影响,减小进给量可使均匀性增高。通过对比残余应力分布,建议液压油预压力设为450 N,滚压速度取为10 mm/s,进给量取为0.1 mm,滚压道次选择为3次。研究结果可为TC4合金低塑性抛光试验工艺参数选取提供理论参考。     

弹性模量对铝胶焊搭接接头应力分布的影响

运用利用弹塑性有限元方法,研究了胶粘剂弹性模量对铝合金胶焊搭接接头上工作应力分布的影响.研究结果表明:随着胶粘剂弹性模量的增加,胶焊搭接区焊点中心线上的应力分布趋于均匀,胶层-焊点边缘处的峰值应力降低,但靠近搭接区端部胶层中的各应力峰值增大;距胶层中心线0.15mm的面上与焊点中心相对应点的峰值应力随弹性模量提高而下降.为提高胶焊接头承载能力,建议采用弹性模量适中的胶粘剂.     

冲击双层壁内通道表面换热系数的研究

为了研究双层壁内通道表面换热情况和冲击距离对换热影响,对双层壁结构内通道上、下表面的换热系数进行实验测量。由获得的换热系数来分析研究双层壁内部换热。并对冲击射流的机理作了分析。研究结果表明,在双层壁结构中,在高雷诺数时,在冲击板表面上会出现两个峰值;在进气板表面上也会出现位置随冲击高度变化的一高换热区;层板内通道表面上的换热系数随冲击距离的减小而增大。     

2219铝合金拉拔式摩擦塞焊数值模拟

基于有限元（FEM）基础理论，建立了拉拔式摩擦塞焊（FPPW）二维轴对称热-力耦合模型，对FPPW焊接过程中的焊接温度场、塑性流动进行数值模拟。研究结果表明，因界面处摩擦热向外部环境散失，焊接初始阶段的界面温升速率高于准稳态阶段。试板侧温度梯度高于塞棒侧，热量易在塞棒侧进行集中；材料强度和变形抗力随温度和应变上升而下降，试板上壁面优先形成摩擦界面并先于下壁面出现塑性金属流动形成飞边，下壁面材料待充分软化后方才出现塑性金属流动；FPPW焊接过程达到准稳态阶段后，焊接界面处应力状态呈中心压应力、两侧拉应力分布，拉应力驱动了上、下壁面处焊接飞边的成形。模拟结果与实际结果一致。     

TC17钛合金超声喷丸强化残余应力场分析

为探究TC17钛合金超声喷丸强化残余应力场分布状态,基于ABAQUS/Explicit建立了超声喷丸振动系统,结合仿真与试验结果分别探究了0.15 A与0.25 A喷丸强度下TC17钛合金试样的应力场、表面形貌和应变层分布状态。两种喷丸强度下,残余压应力最大值均处于次表面区域。在表面残余应力均值、次表面残余压应力最大值、残余应力层深度方面仿真数值与试验结果差异较小,整体偏差小于15%。随着喷丸强度增加,施密特因子集中分布范围有降低的趋势。0.25 A喷丸强度下应变层与残余压应力层深度分布相近,分别较0.15 A喷丸强度下的深度值提升57.1%与53.3%。高周疲劳结果表明,相比0.15 A喷丸强度,0.25 A喷丸强度下疲劳极限提高4.7%,两种喷丸强度下疲劳寿命均达到10⁷次循环。残余压应力层深度在高载荷低循环下作用较小,在低载荷高循环下对裂纹萌生的抑制作用增加,较高的表面残余压应力及较深的残余压应力层深度对抑制残余拉应力引起的疲劳失效效果更显著。     

刀具磨损对TC11铣削表面粗糙度与残余应力的影响

为了研究TC11钛合金铣削加工过程中刀具磨损对加工表面质量的影响规律,设计了刀具磨损与铣削表面粗糙度、表面残余应力的试验。结果表明:TC11钛合金铣削加工过程中的刀具磨损可以分为:初期磨损、正常磨损、剧烈磨损三个阶段。当刀具处于"初期磨损"时,TC11铣削表面粗糙度随切削时间逐渐减小,铣削表面残余应力也呈减小趋势;当刀具处于"正常磨损"阶段时,铣削表面粗糙度和铣削表面残余应力都呈增加趋势,但增加的速度平稳;当刀具进入"剧烈磨损"阶段时,铣削表面粗糙度迅速增大,表面残余应力也较前两个阶段显著增加。另外,试验过程中的TC11铣削表面残余应力均表现为压应力。     

TC4钛合金盘铣开槽加工残余应力

整体叶盘盘铣开槽加工过程中铣削力大,铣削温度高,会在加工表面表成较深的残余应力层,对零件的疲劳寿命造成严重影响。为提高零件的疲劳寿命,本文以钛合金试块为研究对象,利用残余应力测试分析系统测量表面残余应力,利用拨层法测量次表面的残余应力,采用线性回归技术建立残余应力预测模型,并利用极差分析法分析工艺参数对残余应力的影响规律。试验结果表明:盘铣表面均为压应力,且轮毂面上的残余应力大于叶盆叶背面上的残余应力,均由挤光效应引起;回归预测模型的显著性水平为0. 01,其回归效果良好;各因素对σAx、σAy(σAx、σAy分别表示轮毂面x、y方向残余应力)的影响程度依次为主轴转速>进给速度>切削深度;对σBx(σBx表示叶盆叶背面x方向上的残余应力)的影响程度依次为主轴转速>切削深度>进给速度;残余应力纵向均为压应力,轮毂面上的分布深度为230~270μm,叶盆叶背面上的分布深度为170~175μm。     

龙卷风环境对桥上运动列车瞬态气动特性影响

为探究桥上运动列车穿越龙卷风风场时其周围瞬态流场的流动特性,通过数值方法开展了恶劣环境下的车桥耦合气动特性研究,以保障列车的运行安全.采用三维、不可压N-S方程和工程上应用广泛的k-ε湍流模型,以及滑移网格技术,对桥上运动列车沿不同横向中心间距和不同运行速度穿越龙卷风风场时,其表面压力分布及气动载荷变化情况进行了计算分析.结果表明:1)列车的表面压力系数随列车与龙卷风中心的横向间距增加而表现出减小的趋势,且背风侧的压力系数较之迎风侧更为显著;2)随列车沿纵向方向靠近风场中心,其附近的压力分布呈现由对称分布向非对称分布的变化趋势,而随列车穿越风场并远离龙卷风风场中心时,列车周围压力表现出与之靠近风场中心时反向对称的特点;3)随着列车与风场中心纵向距离的变化,其头车的气动载荷系数均表现出了双峰趋势特征,且尾峰的峰值较之头峰更为显著,并随着列车运行速度的降低,其气动载荷系数峰值随列车与风场中心横向间距的差异愈加明显.     

板宽对胶焊接头应力分布影响的数值分析

采用三维弹塑性有限元方法,研究了酚醛树脂和丙烯酸树脂两种胶粘剂的胶焊接头中,板宽对应力分布的影响。结果表明,酚醛树脂胶粘剂胶焊接头中,搭接区边缘应力值高于焊点边缘应力值,导致接头从搭接区边缘起裂,板宽增大时,焊点边缘处和搭接区边缘的峰应力都减小,对于提高胶焊接头的强度有利,但不会改变接头的断裂形式;丙烯酸树脂胶粘剂的胶焊接头,焊点边缘应力远高于搭接区边缘应力,因此接头从焊点边缘起裂,板宽增大时,焊点边缘应力基本不变。因此增加板宽对提高接头强度无明显作用,接头断裂形式也不发生改变。     

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。