辅助加热温度对铝合金厚板FSW焊缝成形的影响

对铝合金厚板搅拌摩擦焊（FSW）而言,焊缝底部金属温度低、流动能力差是导致焊缝成形困难的主要原因。为此,本研究采用辅助加热的方式对待焊母材底部进行预热,分析辅助加热温度对厚板搅拌摩擦焊焊缝成形的影响。结果表明,随着辅助加热温度从20℃升高至80℃时,焊缝成形质量先变好后变差,宏观表现为焊缝内部焊核区宽度、高度及面积呈现先增大后减小的趋势,而疏松区面积呈现先减小后增大的趋势。其中,当辅助加热温度为40℃时,焊缝成形质量最好,焊核区尺寸最大,疏松区消失;而当辅助加热温度升高至80℃时,焊缝成形质量最差,疏松区面积最大。研究认为,其主要原因是添加合适的辅助加热温度可显著提高焊核区塑性金属的峰值温度及高温停留时间,塑性金属流动能力明显提高,焊缝成形质量得到极大改善。焊核区塑性金属的迁移方式由沿搅拌针表面向焊缝上部高温区迁移向挤压焊核区周边冷金属横向迁移转变。但是,当辅助加热温度太高时,焊核区塑性金属迁移方式开始转变为原始的沿搅拌针表面向焊缝上部高温区迁移,且此迁移程度有明显增大的趋势,导致焊缝内部疏松区缺陷再次出现。     

零泊松比蜂窝结构一维变形行为

为满足柔性蒙皮的变形需求,针对一种适用于柔性蒙皮的零泊松比蜂窝结构开展了一维变形行为的研究。首先通过考虑蜂窝胞壁轴向变形及弯曲变形,基于能量法建立了零泊松比蜂窝结构的等效弹性模量理论模型,并分别应用数值分析和试验方法验证了理论模型的正确性。然后分别以铝合金和钢材为基体材料,利用数值分析方法进一步分析了零泊松比蜂窝结构的非线性变形行为,并获得了蜂窝结构的变形量与残余应变的关系。结果表明:蜂窝变形过程中的力学行为与结构的几何参数以及母材的选择有关。因此,可以通过改变蜂窝结构的几何参数,实现蜂窝结构驱动力及残余应变的调节;同时,在选择基体材料时,为兼顾"面内"刚度和"面外"承载能力,不仅应该选用杨氏模量小的材料,减少其驱动力,还应该选用弹性段大的材料,减小残余变形。     

振动环境下焊点疲劳失效与裂纹扩展分析

采用子结构方法对振动加载条件下组装有EBGA器件的印制电路板系统进行有限元建模,研究了振动环境下焊点疲劳速率与环境温度、振动频率之间的关系;然后又利用局部/整体相结合的方法对EBGA焊点中由于热循环试验导致的微裂纹在振动试验条件下的扩展情况进行了分析,研究结论可以为HALT试验中振动试验方案的制订以及热循环与振动试验结合方式的优化提供理论指南,最后对分析结果进行了试验验证。     

疲劳裂纹扩展过程中的CTOD相关参量分析

以2524铝合金与激光熔化沉积TC11钛合金为试验对象,开展了不同载荷条件下的疲劳裂纹扩展试验,采用数字图像相关方法(DIC)对裂纹尖端张开位移(CTOD)进行了测量,研究了CTOD、CTOD变程、CTOD塑性分量、CTOD滞回环面积等参量在疲劳裂纹扩展过程中的变化规律,分析了上述参量与疲劳裂纹扩展速率的相关性,提出了一种以CTOD滞回环面积为主控参量的疲劳裂纹扩展速率模型。研究结果表明,CTOD滞回环面积和CTOD塑性分量与疲劳裂纹扩展速率间均存在明确的关联关系,可有效地表征疲劳裂纹扩展中塑性行为的影响;采用CTOD滞回环面积表征疲劳裂纹扩展速率在恒幅与变幅载荷下均具有适用性,且受测量偶然误差的影响更小,在应用中具有一定优势。     

搅拌头形状对焊缝塑化金属流动行为的影响

本文研究了搅拌形状对焊接过程中焊缝塑化金属流动行为的影响,使用了4种形式的搅拌头,(a)带反螺纹的圆柱形搅拌头,(b)带正螺纹的圆柱形搅拌头,(c)带反螺纹的圆锥形搅拌头,(d)带反螺纹的凸轮形搅拌头。研究结果表明,焊接过程中,焊缝塑化金属存在三种运动：表层的水平圆周运动、探针周围的螺旋运动、塑化环外围的刚塑性运动。搅拌头形状是影响焊缝塑化金属流动形态的主要因素。搅拌头探针表面的螺纹旋转方向不同,塑化金属的受力状态不同,探针周围金属朝上或朝下螺旋运动,从而带动周围金属流动;探针形状不同,可以改变塑化金属的流动性。     

翻管数值参数分析法研究

采用塑性流动理论，薄壳无力矩理论及幂函数强化模型，对求解轴对称塑性平面应力问题的数值参数法作了进一步的研究，推导出成形力学分析的一阶微分方程组，在此基础上，将该微分方程相应用于薄壁圆管轴压外翻成形的稳态流动分析，计算时采用了四阶龙格库塔法，并获得了应力，应数值解，本文通过大量的计算，分析了边界条件对计算结果的影响，并将理论计算结果与实验作了比较。研究结果表明，轴对称塑性平面应力问题可以转换为一阶常     

钢的相变超塑性扩散焊研究

通过金相观察、电子探针分析和显微硬度测试，研究了碳钢的相变超塑性扩散焊焊接接头的金相组织、碳的分布和显微硬度的变化，以及热循环中最高加热温度、压应力和热循环次数等主要工艺参数对Ｔ８／Ｔ８焊接接头强度的影响。结果表明，相变超塑性能加速固态扩散焊焊接过程；热循环中最高加热温度、压应力和热循环次数对焊接接头的强度有重要影响。文中还对相变超塑性能加速固态扩散焊焊接过程的机理进行了进一步的探讨。     

夹杂物的类型与形态对超高强度钢塑性的影响

利用扫描电镜和能谱分析等检测手段研究了不同冶炼工艺生产的G50钢中夹杂物类型和尺寸分布.研究结果表明:抗拉强度和屈服强度主要受微观组织影响,与夹杂物的类型和形态无关.NbCN与基体间结合力相对硫化物与基体间的结合力大.在塑性断裂过程中,裂纹在夹杂物形成的空穴处扩展存在竞争机制,优先出现在与基体结合力差且形态应力集中的夹杂物处,其次是与基体结合力强同时有应力集中的形态的夹杂物.     

电塑性及电流辅助成形研究动态及展望

航空航天等领域对高性能、轻量化和高功效构件精确成形成性的要求,迫切需要发掘和提高难变形材料的成形潜力。金属等材料在电流辅助加载时塑性提高和变形抗力降低的电塑性效应（EPE）,与传统塑性加工技术相结合发展出的电流辅助成形（EAF）工艺,可望大幅提高材料成形极限和成形质量,是实现难变形材料难成形结构精确成形制造的极具前景的技术。基于EPE测试表征方法的研究进展分析,综述了焦耳热效应、电子风效应及磁效应等EPE作用机理的研究动态,从回复、再结晶、相变及缺陷修复等方面,分析总结了电流处理对材料微观组织和性能的影响规律和作用机制,进而讨论了电塑性拔丝、轧制及微成形等EPE用于成形过程的EAF研究进展。基于上述研究动态分析,总结提出了电塑性机理方面尚待解决的科学难题、EPE驱动EAF工艺创新及工业化应用所面临的技术挑战。     

新型零泊松比类蜂窝结构面内变形性能研究

飞行器实现智能变形的物质基础是结构具有出色的面内变形性能。本文基于零泊松比蜂窝结构的面内力学特性,结合波纹结构出色的变形能力,提出了以波纹结构替代蜂窝壁的新型零泊松比类蜂窝结构形式,并结合理论建模与仿真分析的方法对其面内变形性能进行分析。结果表明该结构面内变形性能相对于六边形蜂窝结构具有有效提升;采用较小的蜂窝角、壁厚比以及较大的波纹度有利于获得具有更小等效刚度和更大应变放大系数的结构。该结果可为一维伸缩变形结构的设计与优化提供相应参考。