改进剥层应变法测量铝合金预拉伸厚板内部残余应力分布

铝合金预拉伸板已广泛应用于航空整体结构件的制造,其内部初始残余应力引起的加工变形已严重制约新型飞机的研制和生产。测量残余应力的方法很多,但一般只能测量工件的表面和浅表层,而厚板内部残余应力测量一直是工程中的难点。文中针对铝合金预拉伸厚板的特点,提出了测量其内部残余应力的方法,并运用弹性力学理论进行了理论推导,得到了应力-应变关系矩阵。用该方法测量了7050T7451铝合金厚板内部残余应力,并对测试结果进了分析和比较。结果表明,本文提出的方法有效地解决了厚板内部残余应力测量的难题,有较高的工程应用价值。     

激光冲击成形下3A21铝板料表面残余应力

激光冲击成形的重要特点之一就是能在工件表面形成残余压应力,起到强化的作用,对具有抗疲劳性能要求的航空结构件有重要意义。本文对激光冲击成形的3A 21防锈铝板的残余应力分布特性进行了研究。用X射线应力测定仪进行了三个方向残余应力的测量,建立了主应力计算公式,分析其形成机制与分布特性。试验结果表明:在脉冲能量42 J、脉冲宽度23 ns、脉冲功率1.2×109W作用下,板料正反两面产生的残余应力小于-100M Pa,且均为压应力,除变形区域顶点主应力方向为0°外,其他点的主应力方向约为-30,°且正方形板料对角线方向应力大于穿过中心边长方向的应力。     

平面磨削时表层质量过程监测参数的实验研究(2)——磨削表层应力状态的过程监测和预报

磨削表面残余应力状态是影响许多机器零件使用性能的重要表面特性之一。但它极难在磨削过程中进行监测和判断。 在平面磨床上进行大量16MoCr5表面硬化钢的磨削试验证明,磨削表面残余应力σ_Ⅱ与单位面积磨削功率P″_c及磨削力比F_n/F_t间存在很好的函数对应关系,在实验数据的基础上应用回归分析的方法建立了用过程特征参量计算表面残余测定仪应力的实验公式。当P″_c:未超过第二临界值P″_(cⅡ)时,用残余应力模型所计算的数值与由X射线应力测定仪测定的数值相符合。而在超过该临界值P″_(cⅡ)的情况下,由于磨削烧伤引起表面产生二次淬硬层其至裂纹,这时计算所得的高的拉应力值不就能在工件表面测得。 综合本研究课题的第一部分及本文的结果表明,单位面积磨削功率P″_c和磨削力比F_n/F可以作为磨削过程监测和预报表层质量的可靠的过程特征参量应用于生产实践。     

高超声速表面摩擦应力油膜干涉测量技术研究

针对高超声速摩阻测量的需求,将基于表面图像的摩擦应力油膜干涉测量技术( SISF)应用于Φ0.5m常规高超声速风洞.通过平板模型的风洞实验,进行了硬件设备平台研制、模型表面材料、油膜物性参数的影响特性以及干涉图像数据处理方法研究.结果表明,建立的SISF硬件设备和技术能够获得清晰的干涉条纹,平板模型表面摩擦应力测量结果与数值模拟结果一致,研制的SISF系统可以可靠地应用于高超声风洞模型表面摩擦应力测量.     

电磁辅助激光熔化沉积的残余应力

针对激光熔化沉积内部残余应力较大的问题,对其产生的机理作了分析。基于电磁场的应用原理,提出电磁辅助激光熔化沉积以降低其残余应力的方法。利用ANSYS参数化编程语言APDL模拟了电磁辅助激光熔化沉积的过程,分析了成形件残余应力的变化规律,结果表明同步加载轴向电磁力能较好地消减成形件内部残余应力。采用X射线衍射结合电解腐蚀的方法进行深度方向的残余应力测量试验,试验结果验证了电磁辅助的有效性。     

复合材料气瓶随机振动环境下疲劳寿命分析

根据复合材料气瓶的特点,对气瓶的复合材料层进行了简化,利用有限元软件Abaqus计算复合材料气瓶在随机振动环境下的模态和应力谱密度,采用Dirlik准则计算应力谱密度函数,分析了考虑平均应力影响的复合材料气瓶随机振动环境下的疲劳寿命,对该气瓶的振动试验结果进行了预示。     

钛合金高压气瓶表面裂纹断裂试验及断裂应力预计

本文扼要地介绍气瓶基体金属疲劳表面裂纹断裂试验的结果,并与几种常用工程计算方法的计算值进行比较。对韧带未完全屈服的断裂情况,我们导出了一个适合计算表面裂纹断裂应力的公式,在此基础上还推荐了一种预计表面裂纹断裂应力的简便方法。     

钛合金高压气瓶表面裂纹疲劳试验的结果分析和使用寿命估计

该文对TC-4钛合金高压气瓶表面裂纹疲劳试验结果进行了分析,给出了气瓶的疲劳裂纹扩展速率(da)/(dN),并与气瓶瓶料试样的测试结果进行了比较。最后选用几种方法对气瓶的疲劳使用寿命作了估计和分析。     

球管焊接应力应变有限元三维数值模拟

利用大型有限元分析软件ANSYS,对空心球与钢管焊接件的温度场和应力应变场进行了三维数值动态模拟。不同阶段具体控制措施的准确运用使焊接模拟这一复杂过程得以实现,有限元分析计算结果表明,由于钢球及钢管弧线方向不易变形,管球焊接焊缝应力水平较高,焊缝较易发生脆性破坏,合理的焊接速度与分段施焊法的应用均能有效降低焊接应力水平。     

喷丸强化10Ni3MnCuAl钢的表面性能

对10Ni3MnCuAl钢磨削表面进行不同强度的喷丸强化处理,分析了喷丸强化后10Ni3MnCuAl钢的金相组织及喷丸表层下微观结构的变化,测量了喷丸影响层的显微硬度以及喷丸强化所形成的残余压应力场, 研究了喷丸所造成显微硬度、金相组织和表面残余应力等表面完整变化.结果表明, 喷丸强化可显著改善10Ni3MnCuAl钢表面完整性及其疲劳寿命. 喷丸强度高时将产生过喷效应,导致疲劳寿命的降低,实验测得最佳喷丸强化弧高值为0.40 mm时表面质量最好,喷丸影响层的残余应力深度达450 μm.     

拉紧条件下铝合金铣削残余应力的试验研究

以铝合金为研究对象,提出将拉紧装夹应用到铣削加工中,以便对加工后工件表层的应力状态进行控制,改善零件的疲劳性能。本文设计了机械式单向拉紧夹具用于铣削试验。通过试验,得出了预应力、工件厚度以及加工参数等对表面残余应力的影响趋势。研究表明,拉紧条件下铣削可以实现对工件表面残余应力的控制,从而获得理想的残余压应力,对改善零件的疲劳性能极其有益。在本试验条件下,获得的工件表面残余应力均为压应力,最大可达-250 M Pa。     

小孔法测量非均匀残余应力的数据处理与误差分析

讨论了逐层钻孔法测量非均匀残余应力的释放应变处理和测量误差对残余应力计算精度的影响。利用转换应力、转换应变,可方便地计算残余应力值。受小孔法本身缺陷的限制,计算所得残余应力误差随孔深增加而加大,测量深度约为应变片平均半径的一半。     

电子设备封装残余应力分析及测量技术

采用有限元方法对陶瓷-金属钎焊封装管壳的残余应力进行仿真计算,并采用拉曼光谱方法和X射线方法对其残余应力进行测量,计算和试验吻合较好。通过仿真分析和测量手段,形成了一套较为完备的电子设备封装残余应力分析及测量技术,对管壳封装结构的可靠性评估和优化设计具有重要的指导意义。     

304/Q345R复合板焊接温度场和应力场的数值模拟研究

基于三维数值模拟软件Visual—weld,建立数值模拟的材料属性、热源模型、数值模型、熔池参数,对304/Q345R复合板的焊接温度场和应力场进行了数值模拟.通过X射线衍射法、盲孔法试验对数值模拟的应力值进行验证.结果表明:最大纵向残余应力值要高于最大横向残余应力值;复层最大拉应力值出现在焊接热影响区,而基层侧的最大...     

MEMS传感器测量平板表面摩擦应力高速风洞试验

采用两种热敏MEMS传感器阵列和一种电容式MEMS传感器,在FL-21风洞中开展了平板模型表面摩擦应力分布测量试验研究.试验马赫数(Ma)为0.3~0.6,试验雷诺数(Re)为(0.63~1.23)×107 m 1,模型迎角为0°.试验结果表明:平板模型边界层流动能量主要集中在1000Hz以内;试验测得的表面摩擦应力分布随Ma变化规律与可压缩层流/湍流估算值吻合较好;试验所用平板模型边界层流动转捩起始点位于距平板前缘160mm附近,终止点在距平板前缘202.5~242.5mm之间.     

基于剪敏液晶涂层的光学摩阻测量技术研究

剪切敏感液晶涂层具有对剪切应力敏感的光学特性,液晶涂层的显色不但与所受到的应力大小有关,而且与应力方向有关.在白色光垂直照射下,利用相机拍摄液晶涂层所反射的空间光谱图像,结合标定结果可以获得涂层受到的表面剪切应力矢量分布.基于这样的理论,开展了液晶涂层光学摩阻测量技术研究,包括:液晶材料喷涂工艺研究,搭建相应的测量系统,液晶涂层标定方法研究,表面摩阻测量实验研究等.低速喷流实验定量测量了喷流—平板干扰区表面剪切应力矢量分布.Ma=5的高超声速风洞实验获得了尖前缘平板表面摩阻分布定量测量结果,以此判断了平板边界层的转捩.     

退火温度对Ti6Al4V薄板退火变形影响的有限元分析及实验验证

为了研究钛合金退火变形规律,对Ti6Al4V薄板初始残余应力作一定假设和简化,采用MSC.marc软件建立Ti6Al4V薄板退火热粘塑性模型,分析不同退火温度(550, 580, 600, 620, 650 ℃)对钛合金退火变形的影响及其原因,并结合退火实验验证模拟结果。结果表明,初始残余应力在蠕变作用下产生蠕变应变和弹性应变,使薄板退火后应变分布符合板材弯曲时典型应变分布规律,最终导致薄板退火变形。随着退火温度升高,蠕变作用加强,退火变形增大,而应力应变随时间变化趋势基本一致。实验结果验证了数值模拟的可靠性。     

TC-4钛合金材料低频疲劳裂纹扩展速率的测试

本文利用TC-4高压气瓶瓶料加工小试样,进行了低频疲劳裂纹扩展速率的测试。实验结果证明,对TC-4钛合金材料,采用较小尺寸试样测试da/dN是可行的;预制疲劳裂纹时用NASA推荐的最大疲劳应力强度因子K_(max)=0.6K_(1e)是过高的。实验结果还说明,用Paris公式进行数据处理精度是足够的;在低频情况下采用不停机测量裂纹长度是比较好的。本文除了给出da/dN测试结果外,还给出了数据处理的方法。     

拉伸装夹对航空框类零件加工变形影响的有限元分析

拉伸装夹可以改变已加工零件表面的残余应力分布状态,使其向残余压应力的方向转化,这对于提高航空零件的疲劳性能非常有益。但是,对于航空薄壁件来说,由于其结构刚性差,装夹方式不当易引起较大的加工变形,从而影响到其加工精度。本文采用有限元分析方法,模拟分析了拉伸装夹方案对薄壁件加工变形的影响。在保证已加工表面产生所需残余压应力的前提下,从控制薄壁件加工变形的角度出发,对拉伸装夹方案进行了优化。结果表明,采用拉伸装夹对于框类零件加工同样适用,为减小加工变形,拉具和拉撑间距应尽量大,拉伸力尽可能小,拉伸位置尽量放在刚性较强的面上。     

基于数值模拟的孔构件挤压强化疲劳寿命预测

为研究飞机机身7050铝合金孔构件挤压强化后的疲劳增益,采用数值模拟与试验研究相结合的方法,对孔构件的挤压强化过程、疲劳加载过程、疲劳裂纹萌生和裂纹扩展过程进行研究。通过数值模拟探究了孔构件在不同状态下危险截面的应力分布和对应的疲劳行为,分析了残余应力场对疲劳性能的影响,探讨了残余应力与疲劳裂纹萌生和裂纹扩展的内在联系,建立了孔构件挤压强化疲劳寿命数值预测模型。结果表明：孔挤压强化引入的残余压应力可以减小孔构件在受载时孔壁最大拉应力,改变疲劳裂纹的萌生位置,抑制疲劳裂纹萌生和裂纹扩展,提高7050铝合金孔构件疲劳寿命近2倍,疲劳寿命数值预测模型误差在12%以内。