基于残余应力重分布的导轨梁加工变形仿真与变形控制工艺方案研究

为解决大型薄壁铸件导轨梁在材料去除过程中因残余应力的释放与重分布导致变形超差的工艺难题,对导轨梁零件加工工艺进行分析,实现零件模型的简化与子结构分割;同时开展零件毛坯表面残余应力测量,成功建立零件毛坯初始应力模型。在此基础上结合实际加工工艺开展零件加工有限元仿真,模拟加工过程中由于材料去除引起的残余应力释放,预测了加工过程中残余应力重分布规律和加工变形情况。总结了零件加工变形的有限元仿真结果,提出抑制零件加工变形的工艺方案。经验证,改进后的工艺顺序使零件最大变形量由0.485 mm降至0.081 mm,降低83.3%,避免了零件在加工过程中的尺寸超差。同时该平面作为后续加工的基准,保证了后续加工的精度,为生产工艺优化提供了有效的理论依据。     

界面形貌对热障涂层残余应力影响的三维有限元分析

采用有限元方法,建立了考虑界面形貌的热障涂层系统三维有限元模型,通过计算从高温冷却到室温时界面处的残余应力的变化,研究了界面形貌对热障涂层系统残余应力的影响。结果表明,氧化层（TGO）厚度不仅会影响残余应力大小,还会影响其应力状态,氧化层越厚,其残余应力水平越高;界面幅值增大会使黏结层（BC）–TGO界面残余应力增大,但其对陶瓷层（TC）–TGO界面处残余应力的影响较为复杂;增大界面波长会在一定程度上减小残余应力水平;三维混合粗糙度对残余应力的影响较小。因此,氧化层厚度、界面幅值和波长会较大程度上影响热障涂层的残余应力,进而影响热障涂层系统的稳定性,且氧化层厚度对涂层失效位置具有决定性意义。     

16Cr3NiWMoVNbE航空齿轮弹振珩磨光整表面完整性试验研究

采用弹振珩磨光整工艺对16Cr3NiWMoVNbE渗碳航空直齿轮进行光整加工,研究了不同珩磨周期和未光整齿轮的齿廓几何特征、齿面形貌、横截面微观组织与显微硬度、残余应力等表面完整性特征参数。结果表明,与未光整齿轮相比,弹振珩磨能改善齿廓倒棱圆滑度,降低表面粗糙度并提高表面残余压应力;其指标改善程度随珩磨周期延长而增大。在2倍珩磨周期条件下,实现了齿顶倒棱圆弧过渡,获得了表面短且交叉的细网状条纹,面粗糙度从0.47μm降到0.20μm,齿面平均残余压应力提高了52%。试验研究为弹振珩磨光整工艺在难加工航空齿轮中的应用提供了参考。     

面向结构静力试验监测的高精度数字孪生方法

试验验证和数值仿真是评估结构强度的两种典型方法,然而基于离散传感器的试验验证方法难以保证结构应力监测覆盖度,数值仿真方法又因为对物理实体的简化和理想化处理而导致应力结果精度不足,如何综合利用两种强度评估方法的优势并进行数据融合以实现结构应力场监测是一个具有挑战性的问题。提出一种面向结构静力试验监测的数字孪生（DT-SSTM）方法,可获得高精度的结构静力试验数字孪生模型,以实现结构应力场的实时监测与强度评估。DT-SSTM方法包括离线、在线2个阶段。离线阶段,采用梯度提升树（GBDT）算法对仿真数据进行训练,建立预训练模型。在线阶段,基于集成学习理论,采用Stacking算法对试验数据响应值与预训练模型响应值之间的残差进行训练并建立残差模型。通过叠加预训练模型与残差模型实现多源数据融合,建立高精度的数字孪生模型。最后,开展了开口矩形壁板轴向拉伸试验来验证DT-SSTM方法的有效性。结果表明,DT-SSTM方法能够建立高精度的结构静力试验数字孪生模型,且相比同类数据融合方法具有更高的全局、局部预测精度以及融合效率,为结构应力场实时监测提供了一种新颖的解决方案。     

半球谐振子镀膜残余应力对品质因数影响特性分析

针对半球谐振子表面金属薄膜残余应力分布情况,对半球谐振子Q值的影响特性进行仿真。根据仿真结果,采用多自由度磁控溅射及基底均匀加热的方法进行薄膜沉积工艺试验。控制多自由度旋转机构自传、公转、摆动参数分别为7(r/min)、12(r/min)、15(°)/s,基体均匀加热至120℃,溅射时间26min后得到100nm左右的膜层厚度。在真空状态下对半球谐振子镀膜后品质因数进行检测,结果表明可有效控制镀膜后Q值衰减不大于30%。     

分区扫描对激光沉积成形钛合金T型接头温度场与应力场的影响

从分区扫描可以有效降低激光沉积成形大尺寸结构残余应力的工程经验出发,采用热弹塑性有限元理论,建立可以模拟成形过程温度场与应力场的有限元模型,研究不同分区扫描方式对激光沉积成形钛合金T型接头温度/应力演变过程、监测点热循环曲线以及残余应力的影响。结果表明:热应力与残余应力最大值均出现在T型接头上缘条与基板接触的4个外角点上,与分区扫描方式无关;分区扫描对T型接头外角点与短边外面中点影响较小,对于内部节点、内角点与长边外面中点的热循环曲线及热应力曲线有一定的影响;分区扫描对残余应力分布影响较大,尤其是对沿指定截面残余应力分布规律与最大残余应力幅值有显著的影响。     

刀具磨损对TC11铣削表面粗糙度与残余应力的影响

为了研究TC11钛合金铣削加工过程中刀具磨损对加工表面质量的影响规律,设计了刀具磨损与铣削表面粗糙度、表面残余应力的试验。结果表明:TC11钛合金铣削加工过程中的刀具磨损可以分为:初期磨损、正常磨损、剧烈磨损三个阶段。当刀具处于"初期磨损"时,TC11铣削表面粗糙度随切削时间逐渐减小,铣削表面残余应力也呈减小趋势;当刀具处于"正常磨损"阶段时,铣削表面粗糙度和铣削表面残余应力都呈增加趋势,但增加的速度平稳;当刀具进入"剧烈磨损"阶段时,铣削表面粗糙度迅速增大,表面残余应力也较前两个阶段显著增加。另外,试验过程中的TC11铣削表面残余应力均表现为压应力。     

长期贮存对卫星典型结构件的形变影响分析

某大型卫星经历了长期的地面贮存,从结构生产完成至卫星发射历时9年。文章提取此卫星承力筒、结构板的工程数据,与同类型其他卫星的数据进行对比分析,总结出长期贮存后卫星承力筒和典型结构板——对地板的形变规律,并探讨影响结构变形的原因。研究结果可为后续卫星的贮存设计、贮存试验以及贮存后影响分析提供指导和借鉴。     

残余应力对零件加工精度的影响分析与工艺改进——以钳工加工燕尾槽为例

钳工加工过程中,残余应力引起的变形是很难避免的。残余应力引起的变形主要是加工过程中产生热应力和机械应力所导致。分析钳工加工燕尾槽的工艺过程,对不同加工工艺试样对比分析发现残余应力会在加工结束后使工件结构的变形大小不同。采用应力预释放法可以明显降低残余应力对工件质量的影响。     

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。