孔强化对7050铝合金残余应力分布的影响

采用开缝衬套冷挤压工艺对飞机用7050铝合金进行挤压强化,针对不同挤压量及铰削量对孔边残余应力分布的影响进行对比,分析得到挤压量及铰削量与残余应力分布的关系.研究表明:采用冷挤压孔强化技术可以改善孔边应力分布,形成有利的残余压应力层.强化后铰孔会减弱残余压应力,对于φ6mm孔铰削量应控制在0.16mm范围内.残余压应力随强化量的增加而增大,5％的挤压量残余压应力值最大达到-276MPa.     

基于ABAQUS的TC21结构件孔挤压强化模拟分析

为研究钛合金孔挤压强化后残余应力的分布情况,本文针对TC21钛合金结构件,采用ABAQUS软件建立有限元模型,分析孔挤压强化后应力的分布情况。结果表明:开缝衬套孔挤压强化后孔的周向残余应力分布较不均匀。同时,开缝衬套孔挤压强化后孔的周向残余应力沿厚度方向有一定变化,但变化不大。     

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。     

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。     

单边缺口拉伸试样喷丸强化残余应力及其三维应力强度因子分析

采用有限元计算软件ABAQUS/Explicit建立40Cr钢单边缺口拉伸(SENT)试样喷丸强化的三维有限元模型,分析各喷丸参数与强化后残余应力场的关系。用三维裂纹权函数法求解了三维表面裂纹在喷丸残余应力场下的应力强度因子,并分析各喷丸参数对残余压缩应力强度因子K_res的影响。计算结果表明:当裂纹尺寸较小时,表面残余压缩应力越大,残余压缩应力强度因子绝对值-K_res越大;随着裂纹尺寸的增加,残余压应力层越深,-K_res最大值的发生位置也越深;当裂纹达到一定尺寸时,-K_res受残余压应力场深度变化规律的影响,即残余压应力场的深度越大,-K_res越大。     

7050铝合金孔板开缝衬套挤压强化研究

针对目前航空装备延寿修理设计需求,通过有限元分析和疲劳试验,研究了7050铝合金孔板结构开缝衬套挤压强化技术,对比分析了不同的相对挤压量对于试验件残余应力及疲劳寿命的影响,结果表明:开缝衬套挤压强化能够在孔边危险截面引入一定范围的残余压应力,随着相对挤压量的增加,残余压应力呈增大趋势,疲劳寿命也显著增加.     

铝锂合金喷丸强化数值模拟及试验

根据喷丸强化工艺过程的特点,利用ABAQUS有限元计算软件建立了模拟喷丸残余应力场的三维有限元模型.在此模型基础上研究了喷丸速度、弹丸直径及弹丸数量等因素对铝锂合金喷丸残余应力场的影响规律,进而对比了单弹丸模型、均布式阵列弹丸模型和随机弹丸模型下残余应力场的分布规律.采用X射线残余应力仪和电解抛光法得到喷丸强化后沿铝锂合金试件厚度方向的残余应力分布规律.残余应力层深度约为0.24mm,最大残余应力出现在距表面深度为0.08mm处,验证了有限元模型的有效性.      

飞机结构紧固件孔冷挤压残余应力场分布数值模拟研究

针对大型飞机研制过程中冷挤压强化技术的应用,限于当前的测量技术的发展,基于ABAQUS商用有限元软件建立了3D有限元模型用以研究冷挤压后带孔圆板残余应力场在三维空间中的分布,并分析说明了采用该3D有限元模型进行数值模拟的可行性和精确度。结果表明:残余应力场沿板厚度方向的分布存在着3个典型的区域,不同区域对于挤压量的响应不同;挤压量的变化对于单孔圆板接近上表面的孔壁区域影响最大,较大的挤压量会使得这一区域切向残余压应力场不再存在。     

6061-T6铝合金弧形槽超声冲击处理残余应力场研究

研究经超声冲击处理后6061-T6铝合金试件弧形槽表层残余应力场的形成与应力分布特点。借助有限元分析软件,模拟弧形槽经超声冲击处理后残余应力场分布,同时进行正交工艺试验,对比仿真结果,探究不同工艺参数对冲击后弧形槽底面残余应力值的影响规律。结果表明,超声冲击处理在弧形槽底形成了厚度约为0.35mm的残余压应力层,残余应力沿深度方向先增大后减小,最大残余应力值可达约-362.5MPa。工艺试验与相同条件下有限元模拟得到的各工艺参数对槽底表面残余应力值的影响趋势基本一致,弧形槽底面残余应力值随工具振幅的增大而增大,随加工间隙的增加有小幅减小,而工件移动速度的改变则对应力值几乎没有影响。     

冷挤压强化对GH4169合金孔结构室温低循环疲劳寿命影响

对GH4169合金中心孔板材试样进行冷挤压强化,测试了挤压前后GH4169中心孔板材试样在663 MPa/20℃条件下的低循环疲劳寿命;分别采用扫描电镜、X射线衍射残余应力仪、表面轮廓仪分析了疲劳断口、疲劳过程中残余应力场的演化以及表面形貌。结果表明:冷挤压强化后孔结构的疲劳寿命提高为原始试样的2.6倍。冷挤压强化对孔壁的强化效果使得冷挤压试样疲劳源萌生于倒角处单源,而原始试样萌生于孔壁多源。经过50000周次疲劳实验,冷挤压强化残余压应力有所松弛,但进口端与出口端的表面残余应力分别保持了55%和75%。冷挤压后孔壁表面粗糙度R_a由0.354μm减小到0.297μm。     

Ironing effect on surface integrity and fatigue behavior during ultrasonic peening drilling of Ti-6Al-4V

Imposing compressive residual stress field around a fastening hole serves as a universal method to enhance the hole fatigue strength in the aircraft assembly filed. Ultrasonic Peening Drilling (UPD) is a recently proposed hybrid hole making process, which can achieve an integration of strengthening and precision-machining with a one-shot-drilling operation. Due to the ironing effect of tool flank surface, UPD introduces large compressive residual stress filed in hole subsurface. In order to reveal the strengthening mechanism of UPD, the influence of ultrasonic vibration and tool dynamic relief angle on ironing coverage rate and its corresponding effect on surface integrity in UPD were analyzed. The experiments were conducted to verify the influence of ironing effect on surface integrity and fatigue behavior of Ti-6Al-4V hole in UPD. The results indicate that the specimen features smaller surface roughness, higher micro-hardness, plastic deformation degree and circumferential compress residual stress under higher ironing coverage rate. The fatigue life increases with the raise of ironing coverage rate, and the fatigue source site in UPD shifts from surface to subsurface comparing with that without vibration assistance. The results demonstrates that a better strengthening effect can be obtained by reasonably controlling the ironing coverage rate in UPD.     

激光冲击强化铝合金小孔构件的疲劳寿命研究

研究了激光冲击强化对7050-T7451铝合金小孔件疲劳寿命和断口形貌的影响。采用ABAQUS对峰值压力2.7GPa下小孔构件孔壁与表面上的应力分布进行了研究,并基于仿真结果对试样进行激光冲击强化试验和疲劳拉伸试验。结果显示,激光双面冲击强化在板料两侧形成一定深度的残余压应力影响层,而在中心形成一定范围的残余拉应力层,这也是导致疲劳源由孔角向孔壁中心转移的主要原因;在应力水平165.8MPa、195.0MPa和275.4MPa下,试样的疲劳寿命分别平均可增大451%、216%、116%;经激光冲击强化后,试样的疲劳源位置由孔角转移至孔壁内部,且疲劳裂纹扩展区面积明显增大。研究表明,激光冲击强化能明显改善铝合金小孔构件的疲劳性能,但强化效果随外加载荷的增加逐渐减小。     

复合材料层压板压缩剩余强度分析

为了对复合材料含孔层压板的压缩剩余强度进行快速、精确地评估,采用了有限元渐进损伤剩余强度分析方法。使用Tsai-Wu准则作为强度判据,使用Abaqus用户子程序USDFLD对破坏的单元进行刚度折减。单元的刚度折减采用材料性能退化的方法实现。对复合材料含孔层压板进行有限元渐进损伤分析,得到了含孔层压板的破坏过程、破坏载荷和剩余强度,以及不同角度铺层的主要破坏类型。通过对复合材料含孔层压板压缩剩余强度的有限元分析数据与试验数据对比研究发现,使用Abaqus用户子程序USDFLD的有限元渐进损伤剩余强度分析方法得到的分析结果与试验结果非常接近。试验数据和有限元分析数据验证了Abaqus用户子程序USDFLD和刚度折减方法的正确性以及渐进损伤剩余强度分析结果的精确性。     

Investigation of Surface Integrity on TC17 Titanium Alloy Treated by Square-spot Laser Shock Peening

Laser shock peening(LSP) is an innovative surface treatment method,which has been shown to greatly improve the fatigue life of many metallic components.This work investigates surface integrity of TC17 titanium alloy treated by LSP with innovative square laser spot.Nd:glass laser with duration of 30 ns and spot size of 4 mm×4 mm is applied.The surface morphology and surface residual stress of the TC17 titanium alloy,treated with varying peening parameters such as laser power density and overlapping ratio,have been studied in detail.The results show that laser pulse energy greatly influences surface morphology and surface residual stress around single-spot treated areas,and compressive residual stresses are saturated as laser pulse energy is over 55 J.There are significantly different surface morphologies and residual stress distributions at the overlapped areas with different overlapping ratios.A relative smooth surface is produced with uniform compressive residual stress distribution at an overlapping ratio of 8 %.The experiment of residual stress relaxation is implemented by measuring residual stress at the center of four overlapped spots and by four point bending fatigue test at the frequency of 105 Hz.The compressive residual stresses induced by LSP are found to relax quite slowly under cyclic fatigue loading.     

Effect of blank quenching on shear spinning forming precision of 2219 aluminum alloy complex thin-walled components

The quenching-spinning (Q-S) process, i.e., shear spinning after blank quenching, has been increasingly utilized to form 2219 aluminum alloy complex thin-walled components. However, the changes in material property, shape and stress of the blanks after quenching will affect the spinning forming precision. In this study, the rules and mechanisms of these effects are investigated based on a combined finite element (FE) model including blank quenching and component spinning process. The results indicate that the increase of material strength and the existence of distortion of the quenched blank lead to a notable increase in the non-uniformity of the circumferential compressive stress in the spinning area and the increase of the flange swing height during spinning. These changes result in an increase in the wall thickness and component-mandrel gap of the components. The quenching residual stress has little effect on wall thickness and roundness but can noticeably reduce the component-mandrel gap. This is because that the existence of quenching residual stress of the blank can lead to the decrease of the maximum circumferential compressive stress of the workpiece in spinning and an obvious drop in the maximum compressive stress after reaching the stress peak. Quenching distortion is the main factor affecting the roundness. Moreover, the optimized installation way of the blank for spinning is obtained.     

高速端面铣削加工引入残余压应力场的试验研究

为研究高速铣削加工表面残余应力分布,在统计试验设计指导下,使用X射线衍射/电解抛光方法对试样表层、次表层残余应力分布进行测量,得出残余应力分布曲线经验预报公式,探讨切削参数对残余压应力场特征指标的影响规律。研究结果表明,合理的高速切削工艺将在加工表面内引入类似喷丸强化效果的残余压应力场;(3,1)有理式模型与三阶多项式模型是描述高速铣削引入残余应力分布曲线的有效拟合公式;高速切削工艺参数对加工表面残余应力场的产生有直接影响,每齿进给量是决定残余压应力分布的关键因素,每齿进给量的变化将引起残余应力场形成机理的改变。     

超声喷丸与传统喷丸对TC4 钛合金残余应力影响的仿真分析

为了预测喷丸TC4钛合金试件的残余压应力层深度及值的分布和冲击面凹坑的直径、深度特征曲线及表面形貌的变化,采用ABAQUS/Explicit软件建立2个3D模型。通过超声喷丸与传统喷丸2种工艺过程数值仿真对比了表面残余应力场差异,分析了TC4钛合金弹丸直径、速度和冲击次数等喷丸参数对残余应力分布的影响。结果表明:当动能相同时,2种强化过程表面所产生的残余压应力是可比较的,超声喷丸模型亚表层残余应力深度为0.16 mm,约为传统喷丸模型深度的2倍;传统喷丸产生的残余压应力最大值约-800 MPa,约为超声喷丸的1.6倍。与传统喷丸相比,超声喷丸具有较低的表面粗糙度以及较深的残余压应力层。残余压应力层深度与弹丸直径呈正相关,但过大的弹丸尺寸会引起薄壁件另一侧残余拉应力区域的增大。