残余应变对锥柱形膜片多次翻转行为的影响

弧长法能跟踪复杂的非线性平衡路径全过程,但计算受初始设定载荷影响较大,而针对这一局限设计的改进算法能更好地求解膜片翻转过程。考虑新型Ti3012合金、纯钛、理想材料,基于改进弧长法研究残余应变对锥柱形膜片多次翻转行为的影响,得出新型Ti3012合金膜片的正翻与回翻过程均没有纯钛膜片好,且存在严重偏心现象,其98%正向翻转状态时回翻过程中不仅偏心量达到60mm,而且出现褶皱等严重失效行为;理想材料在不同正向翻转状态时反向回翻,膜片均存在严重的偏心问题,最大偏心量大于80mm;纯钛膜片仅98%正向翻转状态时回翻过程中偏心量稍大,约为10mm。无残余应变这一材料特性降低了膜片结构刚度,同时伴有初始弹性模量减小的性质,这些因素均不利于膜片多次翻转。     

膜片翻转过程中的偏心问题及改进方法

金属贮箱膜片翻转试验中出现的偏心问题,易造成气液掺混、推进剂泄露等严重后果.为解决膜片的偏心问题,数值计算膜片翻转过程,通过加入弹塑性本构模型引入了显著的数值偏心现象,膜片的最大偏心量约为60mm,且其偏心表现形式与试验中的偏心形式一致性好.提出了改变锥段高度与膜片厚度、环向加筋等方法解决偏心问题,得出了不同方法对数值偏心现象的改善结果.研究表明:增加膜片厚度改善偏心问题效果最好,但同时会显著提高膜片的屈曲载荷与结构质量;改变锥段高度方法次之,但最优锥段高度需根据膜片圆弧旋转段半径进行相应调整;环向加筋方法稍差,但通用性好,且不会显著提高结构质量.     

选区激光熔化钛镍形状记忆合金的超弹性研究

超弹性钛镍合金用于制造航空航天功能性器件,采用选区激光熔化成形方法可显著提高功能性器件设计和制造的自由度与复杂度。通过对选区激光熔化成形后的试样进行微观组织特征和超弹性行为分析,研究了材料在不同加载工况下的超弹性性能。研究结果表明:在20次循环试验中,超弹性行为表现优异且具有6%应变范围的相变平台,马氏体相变开始与结束应力出现约4MPa的小幅衰减,相变应力稳定,累积残余应变仅为1.8%;随着应变幅值的增加,合金变形过程中消耗的能量值从23N·mm增至156N·mm,耗能值与应变幅值成线性增长关系;在不同应变速率下,合金的超弹性行为未发生明显变化。不同加载工况下,选区激光熔化成形的钛镍合金与传统方式制造的钛镍合金相比,超弹性行为表现得更加稳定,利于制造性能稳定的功能性器件。     

金属膜片贮箱的膜片变形分析

采用旋转对称壳体的变矩理论, 并将流变韧性引入应力－应变本构关系, 分析了金属膜片贮箱正向排放过程膜片的变形, 数值求解预示了膜片压差和推进剂剩余量。计算结果与试验值相比, 膜片压差和变形过程基本一致, 膜片顶点位移值吻合较好     

径厚比对锥柱形金属膜片屈曲和后屈曲状态的影响

通过有限元方法研究了半径及径厚比对锥柱形金属膜片翻转过程的影响,并选取典型的半径及径厚比样本点对分析结论进行了数值验证.研究结果表明:膜片半径太小或太大均表现出一定的尺寸效应,小半径膜片的尺寸效应更显著;半径为203~403mm的膜片其屈曲和后屈曲状态表现出明显的一致性;对于确定半径的膜片,径厚比太大,膜片承载能力太小而导致翻转效率较低,径厚比太小,膜片屈曲载荷呈指数级显著增加而不易翻转,径厚比为160~400的膜片其翻转效率较好,并且后屈曲状态表现出一致性;选取典型的样本点对结论进行了数值验证,一致性较好.      

ZSGH4169合金细观力学行为的数值模拟

基于晶体塑性本构理论,利用多晶代表性单元从细观尺度研究了ZSGH4169合金在650℃条件下考虑双轴应力状态的循环应力应变行为.计算结果表明:该合金在双轴拉伸应力控制下存在与低周疲劳试验常用的单轴应力状态一致的棘轮效应.对两种应力状态下的结果进行对比发现,在1150MPa应力单轴循环载荷下初始循环残余应变比双轴应力状态高出3倍,且双轴应力状态下最终循环稳定,残余应变约为1.2%,但在单轴应力状态下是不稳定的.对应力和塑性应变累积不均匀性的分析表明:单轴和双轴拉伸状态下,虽然应力和应变分布的不均匀性都随着循环数的增加而增加,但单轴拉伸状态下平均应力随循环数增加,而双轴拉伸状态下几乎为常数.      

Nb基合金中氧原子扩散及团簇化的第一性原理

利用第一性原理计算,研究了氧原子在Nb中的扩散现象以及施加应变的影响,并对氧原子在Nb-Ti、Nb-Zr合金中的团簇化进行了计算分析。发现在单向应变下,在平行于应变方向上,氧原子的扩散势垒随着应变的增大不断减小,当应变为10%时,扩散激活能从初始的0.92eV降低至0.5eV左右;在垂直于应变方向上,氧原子更容易扩散至被拉长的八面体间隙中,即单向应变下氧原子会在Nb中沿应变方向聚集排列,这会在实际材料中导致应力的集中。计算研究了氧原子在Nb合金中的团簇化问题,发现在纯Nb中,氧原子倾向于均匀分布而不是形成氧原子对;添加合金元素Ti和Zr后,随着氧原子浓度的升高,氧原子对将在合金元素周围形成,Zr周围氧原子对的形成可使体系的能量降低0.29eV。     

GH4169孔挤压强化工艺过程数值模拟

在验证镍基高温合金GH4169中心孔挤压(CE)三维有限元模型正确性的基础上,利用单元删除法研究倒角、孔挤压-倒角顺序和铰削量3种具体工艺过程对孔边周向残余应力分布的影响。结果表明:孔边小于芯棒过盈量的初始倒角可以减小孔挤压后残余压应力;采用孔挤压-倒角的工艺顺序可以在孔边获得更小的残余压应力。铰孔可增大孔边入口处残余压应力,去除残余压应力极小值部分的材料。因此,在挤压强化后应尽量避免铰孔。     

滚弯成形解析建模与数值分析

建立了考虑材料塑性强化的滚弯成形力学分析解析模型,推导出了应力应变、残余应力以及回弹半径计算公式.基于非线性有限元软件,对滚弯成形进行了动态模拟,对应力应变状态、塑性应变分布、残余应力以及回弹等进行了分析计算,结果表明:板料滚弯成形初始效应明显,下压点附近曲率不均匀;采用足够的滚弯时间后,中间段的曲率均匀度很好;成形半径与上辊下压量呈近似幂函数关系;多道次滚弯可以减小两端的曲率波动和最大应力应变.最后通过与滚弯成形试验数据的对比,分析和验证了解析模型与数值模型的适用性和精度.     

初始应力状态对薄壁件双侧滚压影响规律

双侧滚压工艺是航空结构件生产过程中常采用的校正方式，然而由于滚压校正过程中工件原有应力场与滚压应力场的耦合作用等材料内部物理力学性能变化机制不明确，限制了滚压校正工艺稳定性的提升。为此建立了无初始应力、仅毛坯应力、毛坯应力与加工应力耦合3种初始应力状态下的7050-T7451铝合金T型件双侧滚压有限元模型，获得了工件的滚压变形及残余应力分布规律。结果显示3种初始应力状态下滚压导致的工件最大弯曲变形量分别为2.56×10^-1、2.76×10^-1、2.49×10^-1 mm。毛坯应力对滚压变形的影响程度约为7.8%，在此基础上加工应力的影响约为9.8%，且毛坯应力与加工应力的作用方向相反。滚压区域残余应力主要集中在滚压方向和垂直滚压方向，在工件表面均为压应力，在次表面达最大值。初始应力会导致工件沿滚压方向全厚度范围内的应力值增大；而在垂直滚压方向，初始应力主要造成表面应力的改变。对滚压过程中的应变-应力场演变过程进行了分析，揭示了毛坯应力与加工应力对滚压作用的影响机制。研究成果对于进一步提高滚压校正精度具有重要意义。