T型航空铝合金结构件淬火残余应力数值模拟分析

运用ABAQUS有限元软件建立了T型航空7050铝合金构件淬火残余应力模型,得到了构件在淬火过程中的冷却曲线和不同部位的残余应力分布规律.结果表明:T型构件无论是肋部位还是腹板部位在淬火过程中均呈现出表面压应力,芯部拉应力的整体分布规律.但由于零件的复杂性,肋部位的塑性应变相对集中,导致其无论是表面还是芯部,产生的淬火残余应力均大于腹板部位的残余应力,且在整个淬火过程中分布规律相对复杂.     

大型铝合金框梁结构航空模锻件淬火残余应力分析

开展了新型7085铝合金材料高温拉伸试验,得到了其基本性能参数与力学模型,运用ABAQUS有限元软件对7085铝合金框梁结构航空模锻件淬火过程进行了数值仿真,研究了淬火工艺参数与方式对残余应力分布规律的影响.研究表明:框梁结构航空模锻件淬火残余应力主要集中于腹板与筋板交汇处,呈现外压内拉的分布特点;淬火温度对残余应力有显著影响,提高淬火温度可有效降低残余应力;固溶温度对淬火残余应力的影响较小,对于大尺寸框梁模锻件,入水方式及转移时间对淬火残余应力的影响甚微.     

铝合金厚板淬火残余应力的有限元模拟及其对加工变形的影响

 航空整体结构件在加工过程中容易发生较大变形。为了研究毛坯的初始残余应力对整体结构件加工变形的影响,采用准耦合方法,利用有限元软件ABAQUS模拟7075铝合金毛坯的淬火过程,研究该过程中温度的变化和残余应力的分布规律,并在含有淬火残余应力的毛坯上进行材料去除模拟。结果表明,模拟产生的比例件的变形与实际加工的比例件的变形非常近似,从而证明了毛坯的初始残余应力是引起整体结构件加工变形的主要因素,同时验证了准耦合淬火模拟的有效性。     

7085铝合金残余应力及加工变形的数值仿真与试验

毛坯残余应力的测量以及零件的加工变形分析是航空整体结构件数控加工工艺研究的难题。应用MSC.Marc软件对某型飞机主起支撑接头的7085铝合金锻件毛坯的淬火-压缩工艺进行了数值仿真,获得了毛坯残余应力分布趋势;应用X射线衍射法与钻孔法测量了毛坯表层残余应力分布,提出了基于系数修正法的毛坯残余应力分析方法,通过最小二乘法（LSM）拟合仿真值与试验值以获得应力修正系数,并对毛坯残余应力分布的仿真结果进行修正,获得了实际毛坯的残余应力分布;由此进行了主起支撑接头缩比零件加工变形仿真与验证试验。研究结果表明：7085铝合金块状毛坯残余应力数值仿真结果与测试结果的趋势吻合,为应力修正提供了物理基础;相对于未修正的应力分布,基于修正后的应力分布仿真获得的变形结果精度提高了50%;7085-T7452铝合金的毛坯残余应力是导致主起支撑接头加工变形的主要因素。     

新淬火状态硬铝合金板的成形性能及数值模拟

研究了铝合金退火状态和新淬火状态下的成形性能,给出了主要成形性能指标与自然时效及预变形的关系,表明在新淬火状态一定时间内,铝合金仍然具有良好的成形性能,淬火前的变形和淬火后的时效过程将降低成形性能;通过退火状态和新淬火状态材料成形的数值模拟对比,表明新淬火状态材料成形具有以下特点:新淬火状态材料成形需要更大的力能参数,残余应力和回弹较大,成形后变薄较小,厚度分布较均匀,随着时效时间增加和淬火前变形的增加,成形力、厚度变薄和回弹增大.     

航空高强度铝合金残余应力的抑制与消除

从残余应力的产生和释放两个方面 ,讨论了抑制与消除铝合金中残余应力的若干技术与方法。首先 ,从尽量减少残余应力的产生又兼顾获得所需机械性能的角度 ,分析了采用热水淬火、喷雾淬火及有机介质淬火等淬火工艺。其次讨论了消除铝合金中残余应力的若干技术方法的特点、效果与适用场合 ,并指出在铝合金结构件淬火后的不稳定状态进行残余应力消除处理效果最佳     

硬态切削表面残余应力分析研究

以轴承钢GCr15为研究对象,根据热-弹塑性有限元理论,建立了热力耦合的二维正交硬态切削模型。根据硬态切削的特点,在硬态切削有限元模型中设置了未预先设置分离线的点面接触并选择了Johnson-Cook材料本构模型,通过有限元分析计算,得到了不同切削参数和刀具几何参数条件下已加工表面残余应力的模拟结果。对结果进行比较分析得出,最大压残余应力出现在工件表面,沿着深度的增加工件内部的残余应力由残余压应力转化为残余拉应力,并逐渐趋向于零。这对于控制和提高硬态切削工件表面质量具有重要的理论指导意义。     

7075铝合金板材残余应力深度梯度的评估

 提高航空结构件残余应力的测试精度, 意味着可提高其安全可靠性, 减轻重量及降低成本, 然而现有的残余应力测试方法( 如钻孔法、X 射线法等) 只能测定构件外表面与浅表层的残余应力。为此, 引进一种被称为裂纹柔度法的残余应力测试新技术, 对7075 铝合金板材在T73, T7351, T7352 与T7353 状态下的内部残余应力进行了专门研究与评估。有关研究结果表明, 这种残余应力测试新技术不仅能测定7075 铝合金板材的全厚度残余应力分布及其应力梯度, 而且比逐层钻孔法与X 射线衍射法具有更好的敏感性和精确度。     

基于电子散斑干涉的载人航天器密封舱焊缝残余应力测试方法

针对传统铝合金焊缝残余应力测试方法结果波动大的问题,采用电子散斑干涉法测量了5 mm厚载人航天器密封舱5A06铝合金变极性等离子弧对接和T型交叉焊缝的残余应力,分析了影响测量结果的因素,结果表明对接焊缝熔合线附近残余应力接近5A06屈服强度(约160 MPa);T型焊缝远离交叉区域,残余应力分布规律接近对接焊缝;在交叉区域附近,由于平行、垂直焊缝方向的残余应力的相互影响,这一区域焊缝残余应力状态十分复杂,且由于残余应力叠加,使得在部分小区域内残余应力值超过材料屈服强度。     

刨削加工残余应力的研究

分析了板类零件刨削加工残余应力的产生原因;研究了切削条件对刨削加工残余应力及其分布的影响规律;探讨了刨削加工残余应力的调整.     

Residual stress determination in friction stir butt welded joints using a digital image correlation-aided slitting technique

This paper presents an incremental cutting method for evaluating the longitudinal residual stresses in a butt welded thin plate via combining the traditional residual stress measurement methods and the advanced optical technique.The proposed approach,which can be called digital image correlation (DIC)-aided slitting technique,introduces a successive extension slot to a speci men and employs the DIC technique to measure the released displacement profiles of the cutting sections after each cutting increment.Then the displacement profiles are used to directly calculate the residual stress distributions up to the slot tip and hence,a stress distribution can be obtained after a cutting increment.Finally,all of the stress distributions are averaged to ultimately determine the original residual stress field.This method does not include any complex experimental operations or tedious derivation,and the resolution of stress variation is greatly improved by the continuous measurement of the released displacements.The presented method has been preliminarily verified by a specimen with residual stress introduced by a four-point bending test.The results show that residual stresses determined by the DIC-aided slitting technique agree well with those from finite element (FE) prediction.The residual stress in a friction stir welded aluminum specimen obtained by the presented technique is also consistent with the evaluations given by X-ray diffraction.Fur thermore,the residual stresses obtained by the DIC-aided slitting technique demonstrate higher accuracy and stability than the evaluations derived by the DIC-aided contour method.     

残余应力对加工变形影响的分析与模拟

为了研究材料去除过程中残余应力的重新分布及该过程所引起的工件变形,假设在该过程中没有引入另外的应力,采用理论计算和有限元模拟的方法对含有已知单向应力情况的矩形板进行了求解,计算了在剥层过程中的曲率、挠度和残余应力,并分析了剩余部分的残余应力变化趋势。结果表明理论解与有限元解获得了极好的吻合。采用有限元法进一步研究了材料去除过程中,单向和双向残余应力对加工变形的影响以及最终残余应力分布规律的异同。     

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。     

复杂载荷下偏心穿透裂纹应力强度因子的计算方法

提出了三维矩形平板内偏心穿透裂纹承受复杂非线性载荷下,仅含有3个系数的通用权函数。采用有限元法获得了三维矩形平板裂纹体模型下的3组参考应力强度因子,结合二元拉格朗日插值法获得了通用权函数系数。进行了自洽性验证以及裂纹面上承受简单3次、5次、7次、复杂幂函数应力分布和残余应力分布下通用权函数的验证。结果表明,通用权函数的自洽性误差在0.9%以内;裂纹面上承受复杂幂函数应力分布时,通用权函数法的误差在4.5%以内;裂纹面承受残余应力分布载荷时,通用权函数法的误差在8.5%以内。说明所提出的通用权函数具有较高的计算精度,可以满足工程中高效、准确地计算偏心穿透裂纹承受任意复杂非线性载荷下的应力强度因子需求。      

喷丸强化残余应力场三维数值仿真分析

建立了喷丸强化三维有限元模型,实现了喷丸强化处理残余应力场的数值仿真。根据显式动力分析各种能量变化过程,确定了显式分析求解时间选择方法;研究了喷丸速度、弹丸直径、入射角度及摩擦力等因素对喷丸残余应力场影响的一般规律,并与现有相关文献试验结论进行对比;分析了单次和多次冲击下材料内部的残余应力场分布及塑性应变分布特点;建立了不同数目的多丸粒喷丸强化三维有限元模型,研究不同覆盖率对残余应力场分布的影响规律。数值分析结果表明,喷丸速度、弹丸大小、入射角度对残余应力场分布有显著影响。冲击次数对残余应力幅值影响小,但等效塑性应变增加明显。喷丸覆盖率的增加会显著改变残余应力场,并使残余应力场分布更加均匀,但残余压应力幅值与喷丸覆盖率没有必然相关性。     

钢板内部缺陷失效分析

采用120 mm厚的45#钢轧制板材经粗加工后进行调质处理,热处理后超声探伤发现钢板厚度方向中部存在缺陷。通过失效分析认为,钢板内部的缺陷为沿变形方向分布的带状组织,部分带状组织中存在沿晶裂纹。形成带状组织及裂纹的机理是原材料钢锭浇铸过程中心部形成枝晶偏析,轧制过程中偏析区被拉长因而形成偏析条带,条带区因富含Mn、S、P等元素形成硬度较高的马氏体组织,调质热处理过程中在组织应力及热应力作用下马氏体条带组织区域发生沿晶脆性开裂。     

用弹塑性有限元法求解脉动循环载荷有超载时裂尖前方的应力、应变分布及塑性区的大小

 本文用弹塑性有限元法求解了理想塑性材料在三个脉动循环载荷下有超载时裂尖前方的应力、应变分布及塑性区的大小。文中用平均刚度法、一阶自校正法进行了计算,讨论了这两种方法的优缺点。结果表明,当有超载时裂尖引起很大的残余压应力,使固有塑性区尺寸大大缩小,从而在一定的条件下,可使裂纹扩展延缓。计算结果与H.Miyamoto~[1]的结果作了比较,得到相当满意的吻合。     

复合材料层板固化全过程残余应变/应力的数值模拟

采用商业软件对带有铝板的复合材料层板固化全过程残余应变/应力进行数值模拟计算。在固化过程的模拟中,应用有限元法计算复合材料层板热-化学模型,有限差分法计算固化动力学模型,通过设置较小的时间步实现求解两个模型强耦合的关系。在残余应力数值模拟中,化学收缩引起的应变在每一计算步以初始应变施加在复合材料结构上。基于以上技术,对带有铝合金的复合材料层板固化全过程残余应变/应力演化进行数值模拟,并分析纤维方向和垂直纤维方向复合材料的残余应变/应力演化历程。通过与试验中层板曲率的比较,验证文中模型计算的准确性。