激光冲击残余应力场的有限元分析

建立模拟激光冲击残余应力场的非线性弹塑性有限元模型,预测AISI 304奥氏体不锈钢厚、薄靶材经激光冲击后表面以及内部的残余应力场分布.模拟过程中,考虑材料高应变率(106s-1)下的力学性能和激光诱导冲击波的精确加载,分析激光功率密度、激光光斑尺寸、激光脉宽、激光冲击次数、激光单面与双面冲击等激光冲击参数以及初始残余应力等因素对不锈钢靶材残余应力分布的影响.数值模拟结果与X射线衍射法测量值吻合较好.在有初始残余拉应力(250MPa)存在的情况下,激光冲击仍能使304奥氏体不锈钢靶材形成残余压应力层,说明激光冲击工艺可提高奥氏体不锈钢焊接构件的抗应力腐蚀开裂能力.     

霍尔推力器阳极加热机制及设计优化

阳极的过热不仅降低霍尔推力器的放电稳定性和推力效率,同时也是推力器的一种失效原因,直接引起推力器放电电流、功率异常增加导致关机故障。为在设计阶段解决阳极过热失效问题,本文通过理论分析建立了阳极热过程模型,分析得到阳极鞘层的形成是影响阳极热功率的核心过程,而阳极电流密度和磁感应强度是影响鞘层特性的关键参数。研究结果表明,阳极鞘层电势差随阳极电流密度的提高而增大,在典型近阳极区等离子体参数下,阳极电流密度小于600A/m2时,阳极负鞘层形成;而阳极热功率随着近阳极区磁感应强度的增加而升高,将阳极位置设计在零磁场区是最有利于降低阳极热功率的设计。     

直角切削6061-T6铝合金剪切区力学行为及微观结构演化预测

力学行为是塑性变形微观过程的宏观表现,早期的金属切削理论模型没有考虑微观结构对切削力的影响。在考虑热力耦合效应的基础上建立了基于位错密度材料模型的6061-T6铝合金直角切削力预测模型,分析了不同切削参数下基于位错运动的塑性变形机制对切削力的影响。结合等分剪切区和非等分剪切区模型,构建了第一变形区多物理场计算方法,提出一种切屑形成过程中由塑性变形引起的微观结构演化解析模型。通过测量切削力和切屑内晶粒尺寸对模型的可行性进行了初步验证。结果表明：剪切区长度变长引起参与位错滑移的材料增多是切削深度增大导致切削力增大的主要原因。增大切削速度导致切削力的降低不是单一变量影响的结果,而是应变降低引起位错增殖数量减少和温度升高引起位错湮灭作用增加的共同作用结果。非等分剪切区模型正确反映了第一变形区温度和应力的分布特征,且与二维有限元模型分布相一致,建立的第一变形区微观结构演化解析模型能够预测切屑内位错密度和晶粒尺寸。     

Fe3Si金属间化合物高温抗氧化性能研究

采用电弧熔炼法制备了Fe3Si金属间化合物.选用AISI 304不锈钢作对比,研究了Fe3Si在800℃和900℃空气环境中的高温抗氧化性能,利用XRD,SEM,EPMA等测试设备对Fe3Si金属间化合物进行了表征.结果表明:在800℃,900℃下,Fe3Si金属间化合物都表现出较AISI 304不锈钢更好的高温抗氧化...     

MB26镁合金微弧氧化陶瓷膜层性能

文摘利用扫描电镜、表面性能测试仪和电化学测试技术等研究了在铝酸盐电解液中,不同电流密度和氧化时间对MB26镁合金微弧氧化膜的表面形貌、厚度、结合力以及耐蚀性等性能的影响。结果表明:随氧化时间和电流密度的增加,MB26镁合金微弧氧化膜层中的微孔数量减少,但孔变深。膜层厚度随氧化时间和电流密度的增加而线性增加,但与基体的结合力随之降低。氧化膜的耐蚀性随氧化时间和电流密度的增加呈先增加而后减小的趋势,该合金在铝酸盐体系中微弧氧化的最佳工艺为电流密度0.2 A/cm2,氧化时间40 m in。     

镁锂合金表面阳极氧化热控膜层制备及性能

研究阳极氧化电流密度、持续时间、封闭对镁锂合金表面阳极氧化膜层热控性能的影响规律,并测试膜层的微观形貌、热控性能、结合力、厚度均一性、常压热循环性能以及耐蚀性。结果表明:膜层半球发射率εH随着电流密度、持续时间的增加而增大,最终稳定在0.85～0.87之间;封闭对膜层半球发射率εH影响较小,封闭前后变化范围在±0.05以内;膜层可通过96 h中性盐雾考核。     

超声冲击残余应力场的有限元模拟

建立模拟超声冲击残余应力场的三维有限元模型,预测AISI 304奥氏体不锈钢靶材经超声冲击后的残余应力场分布.模拟过程中,分析冲击速度、针头直径、冲击时间、摩擦力、冲击次数以及不同覆盖率等因素对超声冲击残余应力场分布影响的规律.结果表明,冲击速度、针头大小、冲击时间及摩擦力都会影响到最终冲击残余应力场.冲击速度和针头直径对残余应力场分布影响显著,速度提高或直径变大,均可明显提高残余压应力值,且增加残余压应力层深度,但摩擦系数对冲击效果的影响不大.随着冲击次数的增加,超声冲击强化特征明显,残余压应力层深度增加.随着覆盖率的增加,残余压应力层增厚,但形成的最大残余压应力值减小.     

喷丸强化对AISI 420不锈钢固体粒子冲蚀行为的影响

研究了喷丸强化(SP)对AISI 420马氏体不锈钢抗同体粒子冲蚀(SPE)行为的影响.探讨了喷丸引起的表面残余压应力,表面粗糙度增大和表面加工硬化等三因素对SPE抗力的作用机制.结果表明:SP处理对AISI 420不锈钢在30°攻角下的SPE抗力无明显影响,但却降低了该钢在90°攻角下的SPE抗力.SP处理后进行表面抛光,则使该钢在两种攻角下的SPE抗力均得以提高.SP三因素对SPE抗力的作用机制主要有:表面粗糙化增大了试样表面对冲蚀粒子的有效暴露面积,因而降低了不锈钢在两种攻角下的SPE抗力;表面残余压应力能够有效抑制疲劳裂纹萌生和早期扩展,因而能有效提高AISI 420不锈钢的SPE抗力,特别是对90°垂直冲击条件下SPE抗力的提高作用更为明显;表面加工硬化提高了材料表面的微犁削抗力,因而对提高AISI 420钢在30°攻角下的SPE抗力有贡献,但是表面加工硬化层的抗多冲疲劳性能差,却不利于AISI 420钢在90°攻角下抗SPE性能的改善.     

铝阳极在KOH甲醇-乙醇体系中的电化学性能

为了提高铝的活化性能以及降低铝的腐蚀,用电化学方法研究了在碱性甲醇-乙醇有机体系中,添加剂H2O对铝阳极(99.999%)电化学行为的影响。结果表明:4 mol/L KOH+甲醇-乙醇(5∶5)+30%H2O体系能大幅度抑制铝腐蚀,缓蚀率高达70.04%,但极化程度有所增大。在-1.20 V处,铝的电流密度高达72.66 mA/cm2;开路电位Eocp负移程度最大(-1.933 V)。     

一种镍基单晶高温合金的高温蠕变行为

采用扫描电镜、透射电镜等方法研究了一种镍基单晶高温合金在1000℃的高温低应力蠕变行为。实验结果表明:合金蠕变速率呈现出先减小再增大的变化趋势,当应变量达到一定临界值(1±0.2)%后,变形速率迅速上升,蠕变进入第三阶段。高温蠕变初始阶段的主要变形机制为a/2〈110〉{111}型位错环在基体内运动。合金在高温蠕变稳态阶段的主要变形机制为位错切割γ’相,切割位错主要有螺型位错对和[001]超位错两种形式。     

镍基单晶合金黏塑性行为的微力学模型

考虑镍基单晶合金细观两相共格的微组织结构特点,采用周期性胞元假设,在胞元不同区域构建其三维应力应变解析模型,并针对细观胞元中位错的增殖、攀移、切割及恢复等主要机制建立其黏塑性应变模型,二者结合较全面地模拟了镍基单晶合金SC16和DD3在1123 K和1033 K下的单调拉伸、蠕变及循环特性.根据模拟结果,对黏塑性应变模型中各个位错机制所起的作用及控制方式进行了具体分析,通过与试验曲线比较,得到了较一致的结果.      

变形程度对位错组态演化的影响

金属塑性变形过程中，外加应力和内应力的共同作用导致位错组态的形成。本文分析了位错胞的形成、特性及其变形程度对位错组态演化的影响。     

ECAP对纯铝拉伸性能和断裂行为影响的研究

利用等通道转角挤压(ECAP)对纯铝进行了连续的挤压,结合位错及断口形貌,分析了位错强化及断裂机制.结果表明, 剪切变形使位错滑移,晶粒细化,挤压4道次后材料屈服强度、抗拉强度分别较初始态提高了38.5%和24.0%,断裂机制呈现典型的沿晶断裂特征.     

应力场下锯切加工技术的研究

本文主要研究了应力场下锯切切削力的特点。试验证明在拉应力场下锯切工件比普通锯切工件的锯切力小，使切削更加有利、高效。     

喷射沉积Ni3Al—Mo合金的位错结构分析

利用多功能雾化沉积装置制备了Ｎｉ－Ａｌ－Ｍｏ 系Ｎｉ３Ａｌ基高温合金。拉伸性能测试表明，喷射沉积Ｎｉ３Ａｌ－Ｍｏ 合金的屈服强度具有明显的“Ｒ”特性。利用ＴＥＭ 位错结构分析，阐明了合金微观结构与屈服强度之间的关系，研究结果表明，试验合金所具有的屈服强度随温度的变化规律主要是由不同温度下γ′及γ相内的位错缠结状况、位错对的形态及数量和六面体滑移系的开动程度决定的。     

TC11钛合金在疲劳－蠕变交互作用下的形变特征及位错结构

 研究了经常规,近β和β锻造工艺所获得的具有等轴、双态和网篮３种显微组织的ＴＣ１１钛合金在疲劳－蠕变交互作用下的形变特性及位错结构。发现不同显微组织或同一组织内部的初生α和条状α具有的层错能不同是形成不同位错亚结构的根本原因。     

激光辐照对LY12CZ铝合金疲劳断裂性能的影响

 介绍利用激光辐照处理LY12CZ铝合金的研究情况。辐照参数优选、疲劳寿命对比试验、裂纹扩展试验、位错胞运动分析都表明:辐照参数对疲劳寿命影响显著。疲劳寿命仅在特定的辐照参数范围内才能显著地增加,抗疲劳断裂能力也会较大地提高。     

某型发动机涡轮后机匣三层异种材料错位孔的精密加工和稳定性改装

提经计算分析,某型发动机涡轮后机匣工作中处于非紧度状态,影响支承结构的稳定,需进行结构改装。采用复式小余量铰孔、精密研磨等技术对涡轮后机匣三层异种材料错位孔进行了精密加工和稳定性改装,提高了该型发动机涡轮后机匣的连接稳定性。     

Cu/Al爆炸冲击界面连接及拉伸与切削性能的分子动力学模拟

基于分子动力学方法,从微观角度揭示Cu/Al焊接点处的瞬时爆炸焊接过程,研究纳米焊接件接头处的力学特性及切削加工性能。结果表明:铝、铜板互相碰撞后动能转化为内能,异种原子间互相熔合渗透形成接头;焊接件拉伸时弹性模量介于单晶铝和单晶铜之间,抗拉强度为6.89 GPa,这一值大于宏观实验结果,但所对应的应变率10.67%与实验中的11%接近;在接头区域附近,位错与无序晶格的相互作用造成了塑性变形阶段的应力强化,使得拉伸应力值大于两种单晶;这一强化机制也体现在刀具切削接头区域时的平均切削力大于单晶铜、铝的平均值,与实验结果相一致;无序晶格区严重的位错形核有利于位错产生且沿与切削方向呈45°传播,传播时的塞积导致切削加工硬化效应。     

镍基单晶蠕变研究：基于晶体塑性的蠕变模型

在镍基单晶合金高温蠕变建模工作的第二部分,通过提出的蠕变材料模型,在晶体塑性理论的变形梯度与滑移系剪切应变率关系的基础上结合不同温度下不同滑移系上的蠕变机理,最终建立起滑移系上行为与材料结构变形的联系。材料本构方程的积分采用了四阶Runge-utta法,并通过对DD3和 CMSX-4两种材料在不同温度,晶体取向和应力水平下的试验曲线进行计算模拟,说明了模型及算法的可行性及对较宽的温度、应力和晶体取向下蠕变行为模拟的能力。