应力迭代法重构电弧增材AA7075铝合金薄壁件残余应力场研究

残余应力是影响电弧增材制造构件疲劳寿命的关键因素,传统的测量与仿真难以完整高效地分析增材构件的残余应力分布。为此基于本征应变相容原理,提出一种通过应力迭代重构电弧增材AA7075铝合金薄壁件残余应力场的新方法。该方法使用有限的残余应力实测数据与基函数构造应力分量,并使用APDL语言对ANSYS进行二次开发,将应力分量映射至有限元模型迭代重构残余应力场。结果表明,重构的残余应力场与X射线衍射法实测值、热弹塑性模型仿真值误差较小,证明了该方法用于电弧增材薄壁件的全局残余应力场重构的有效性。     

列车车轴表层和内部淬火残余应力的有限元模拟

对盐水淬火35CrMo钢车轴的组织场和应力场进行了有限元模拟,然后采用X射线衍射法和剥层法分别对车轴表层和内部的残余应力进行了测试,用以验证模拟结果。结果表明:车轴表层轴向残余应力有限元模拟结果与试验值误差约为15%,表层环向残余应力误差约为20%,符合欧洲EN 13261-2003标准;轴向和环向残余应力均随着距表层深度的增加逐渐减小。     

基于非线性有限元技术的淬火温度、组织和应力耦合分析

提出了淬火过程温度、组织和应力／应变之间耦合关系的处理方法，开发了淬火工艺有限元模拟软件。建立了适当的有限元模型，模拟了P20钢端部淬火、无内热二维瞬态热传导问题和1080钢棒淬火工艺。利用SVM和Newman定理得到无内热二维瞬态热传导问题的解析结果，对有限元计算的温度场进行了检验；借助于金相和X射线衍射技术，得到组织场、硬度场和应力场的实验数值，利用实验结果对P20钢端部淬火的组织场及力学性能场、1080钢棒淬火工艺的应力场进行了验证。检验结果表明，有限元分析程序得到的模拟结果与理论值或实验结果相吻合。     

2A12厚板铝合金淬火过程有限元建模研究

淬火残余应力可能造成工件淬后裂纹、削弱其疲劳强度以及造成其体积和形状的变化.在需要进行淬火处理的厚板结构铝合金零件中,这一情况尤为显著.因此,对厚板铝合金淬火过程进行有限元模拟,预测其淬后残余应力大小及分布,具有十分重要的意义.本文运用ABAQUS/Standard软件建立了2A12厚板铝合金的淬火过程有限元模型,并用反传热算法确定了以聚乙撑二醇(PAG)溶液作为淬火介质时的换热边界条件.为了验证模拟结果的可靠性,应用X射线法对厚板淬火残余应力进行了测量.模拟结果与实测数据具有较好的一致性,表明本文建立的有限元模型具有较高的精度.     

基于轮廓法测试焊接件内部残余应力

采用轮廓法测试低碳钢堆焊件和T形焊接结构的内部纵向残余应力。将焊接件沿垂直焊缝平面切割开,精确测试切割面的变形轮廓,然后将测试轮廓进行拟合,并将拟合结果作为有限元模型的边界条件进行弹性计算从而获得内部垂直切割平面的应力分布。比较不同曲面拟合方法拟合得到的切割面轮廓形貌;将轮廓法测试的焊接残余应力结果和热弹塑性三维有限元计算结果进行比较分析。研究结果表明:轮廓法能准确高效测试较厚焊接件内部整个截面上的纵向应力分布;由于线切割和轮廓测量误差造成轮廓法测得的应力在约2 mm厚表层区域的幅值和有限元计算结果相比误差较大,但轮廓法测试结果仍能反映出表层应力的分布趋势和特征;线切割断丝造成切割面的局部轮廓误差,会引起断丝区域测试应力出现突变。     

基于热力耦合的磨削残余应力仿真与试验研究

基于淬硬轴承钢GCr15平面磨削试验,通过X射线衍射法对磨削表面残余应力进行测量。依据热弹塑性理论和Johnson-Cook塑性模型,建立了平面磨削有限元模型,研究了不同移动热源模型对磨削残余应力仿真结果的影响。结果表明,不同的热源模型对残余拉应力层的深度无显著影响,椭圆热源模型计算的残余应力与实验测量值最为吻合。     

喷丸齿轮残余应力数值分析与仿真

对比齿轮表层经喷丸处理和未喷丸处理效果,运用X射线应力测定仪进行齿轮表面残余应力测试实验,分析喷丸强化与齿轮表面残余应力之间的关系;基于有限元方法开展齿轮喷丸残余应力场数值模拟分析与仿真,建立基础撞击简化模型,分析揭示喷丸强化处理后齿面表层应力分布规律;讨论弹丸速度和直径大小对表面残余压应力变化的影响,相关结论对于工程实践具有一定的指导意义和参考价值。     

大直径大夹角顶盖贯穿件非对称J形焊缝结构设计优化及残余应力研究

为防止焊接残余应力引起反应堆压力容器顶盖J形焊缝腐蚀开裂,通过增加焊缝连接面积和减小结构不连续面的方法对大直径大夹角顶盖贯穿件J形焊缝结构进行设计优化,采用X射线衍射法测贯穿件外壁残余应力、盲孔法测量贯穿件内壁残余应力,得到内外壁残余应力数值和分布规律,确认优化后的焊缝结构能将残余应力降低到验收下限值的70%左右,有效提高反应堆压力容器的结构完整性和安全裕量,为后续的结构设计优化方向提供指导。     

Q890D高强钢中厚板焊接接头残余应力的有限元模拟

对厚度为8mm的Q890D高强钢中厚板对接焊接接头中的残余应力进行了有限元模拟,重点分析了接头中残余应力的分布和大小,并采用X射线衍射法和盲孔法进行了试验验证。结果表明:焊接接头中的纵向残余应力在起、收弧位置表现为压应力,中间部分表现为拉应力,拉应力的峰值为823.4MPa;随着距焊缝距离增大,横向残余应力逐渐减小,且表现为拉应力;模拟结果与X射线衍射法的测试结果吻合得较好,误差为17.4%,证明了有限元模型的准确性。     

焊接残余应力测试方法的研究

在同一焊接试板同一部位分别用钴孔法及X衍射法测量焊接残余应力,通过分析对比发现钻孔法测试残余应力结果是可信的,而X射线衍射法所测得的残余应力值应减去钢板表面原有的轧制残余应力后才是焊接残余应力。本文还把上述两种方法的测试结果与Masubuchi提出的对接焊缝内纵向残余应力的分布进行比较,提出了工程中估算残余应力的方法。     

陶瓷/金属钎焊接头残余应力的测量及数值计算

用微区X射线衍射仪测量了陶瓷／金属接头陶瓷表面离边缘0．2mm处的残余应力的大小和分布，用热弹塑性有限元方法，在考虑了材料性能参数随温度变化的情况下，对接头残余应力的大小和分布进行了计算。结果表明，计算值和测量值的趋势基本一致，都是在陶瓷侧的外表面靠近界面的地方存在着最大的轴向拉应力。X射线衍射测量结果还表明，Si3N4／40Cr接头的钎料层较厚时，接头的残余应力值较高。     

激光熔覆工艺参数对铁基双层涂层组织和残余应力的影响

针对激光熔覆过程中剧烈的温度场变化伴随着应力、应变演化,进而导致零件具有高裂纹敏感性的问题,对不同激光扫描路径及工艺参数下残余应力演变规律进行研究。采用激光熔覆在Q345钢上制备了Fe基双层多道涂层,并以X射线衍射法结合电化学腐蚀剥层法测量沿涂层深度方向的残余应力分布,探究激光扫描路径、功率以及扫描速度对涂层显微组织和应力分布的影响。结果表明：涂层表面和内部为残余压应力,在涂层基体熔合线处残余应力发生突变,热影响区表现为残余拉应力;激光熔覆工艺对涂层残余应力的大小和分布规律有显著影响,当激光扫描路径为轮廓偏置式、激光功率为1.8 kW、扫描速度为0.02 m/s时,涂层具有最优的残余应力分布和成形质量;残余应力的产生主要与激光束对熔池的冲击作用以及熔覆层的非平衡凝固特性有关。     

组合圆管激光束钎焊过程的数值模拟

组合圆管外层为铍管，内层为钨管．二者通过过盈配合形成。采用MARC软件对组合圆管激光束钎焊过程进行了数值模拟，得到组合圆管钎焊过程的应力场及焊接后的残余应力分布，进一步研究了过盈量对组合圆管焊接残余应力分布的影响，并采用X射线法对组合圆管外表面的焊接残余应力分布进行测试。焊接残余应力有限元计算值与实测值的变化趋势基本一致，验证了有限元模型。     

ANALYTICAL MODELING OF THE EFFECT OF THE TOOL FLANK WEAR WIDTH ON THE RESIDUAL STRESS DISTRIBUTION

Tool flank wear has significant effects on the cutting process, as it affects cutting forces, temperature and residual stresses. In this article, analytical models are developed to predict the cutting temperature and residual stresses in the orthogonal machining of a worn tool. In these models, measured forces, cutting conditions, tool geometry, and material properties are used as inputs. Stresses resulting from thermal stresses, fresh tool stresses and stresses due to tool flank wear are used in this analytical elasto-plastic model, and the residual stresses are determined by a relaxation procedure. The analytical model is verified experimentally with X-ray diffraction measurements. With the analytical model presented here, accurate residual stress profiles in worn tools are shown, while the computational time is significantly reduced from days, typical for finite-element method (FEM) models, to seconds.     

应用X射线衍射法测定轴类工件中的残余应力

根据测试距车轴表面2mm深度处残余应力的要求,推导了剥层测残余应力的修正公式,利用生死单元法模拟了车轴车削的过程,验证了该修正公式的正确性,并采用X射线衍射法测定了距某车轴表面2mm深度处的轴向和周向残余应力。结果表明:X射线衍射法和修正公式能有效测出距车轴表面2mm深度处的残余应力;轴向残余应力最大值(绝对值)和周向残余应力最大值(绝对值)分别出现在0°测点和90°测点,其值分别为-139.15MPa和-105.21MPa,轴向残余应力和周向残余应力各点的差值均小于EN13261标准规定的40MPa。     

42CrMo4钢疲劳裂纹扩展时的残余应力及其变化

对４２ＣＣｒＭｏ４钢质调质试样疲劳裂纹扩展时的表面残余应力测定表明，在裂纹尖端前方和裂纹两则一定范围生成残余应力，裂纹尖端处压应力最大。随着裂纹的扩展压应力范围增大，最大压应力增加，表明残余应力始终处于一动态再分布过程中，与裂纹尖端区域的塑性变形直接相联系。裂纹扩展时残余应力的真实分布状态，按理想模型已不能作出圆满描述。由于裂纹尖端塑性变形区较小，选用合适的Ｘ线光栅孔长测的残余应力较为真实。     

Machining distortion minimization for the manufacturing of aeronautical structure

The distortion of machined parts is a major concern in the manufacture of aeronautical monolithic structures. We investigated the influence of material removal partition on residual stress in high-strength aluminum alloy parts to minimize machining distortion. In the present study, a methodology of minimizing machining distortion based on an accurate cross-sectional residual stress determination is presented, which can be applied to avoid or minimize part distortions in advance by adapting machining strategies or process conditions. A powerful contour method was used first to measure bulk residual stress within the blank. Next, a finite element model was applied to predict machining distortion based on measured residual stress for analyzing part distortion. Finally, experimental verification was provided by comparing measured distortion and predicted distortion by the finite element analysis. This simulation showed that part distortion is mainly affected by the partition of material removal in T-shaped components. Our results also indicate that distortion can be minimized by optimizing the partition of material removal to ensure a symmetrical distribution of residual stress in the part so that the residual stress-induced bending moment could reach self equilibrium.     

轴承套圈强化研磨表面残余应力试验研究

结合疲劳裂纹扩展原理,分析残余压应力对材料表面的疲劳裂纹扩展速率的影响。采用电磁无心夹具对轴承套圈进行定位,利用新型轴承强化研磨机对轴承套圈表面进行加工,基于X射线衍射法测定轴承套圈加工后的表面残余应力。试验结果表明,强化研磨加工使轴承套圈表面的残余压应力增大,提高工件服役可靠性。     

钛合金铣削加工表面残余应力研究

金属切削加工引起的残余应力对零部件变形、疲劳性能有重要影响,通过选择合适的加工参数对其进行控制是可能的。目的在于研究钛合金铣削加工中铣削参数对已加工表面残余应力的影响,利用X射线衍射技术测量进给方向和铣削方向的残余应力。为保证X射线应力测量精度,采用摇摆法和峰拟合定峰方法。试验结果表明,钛合金顺铣加工表面残余应力表现为压应力,主要是由于刀具后刀面与已加工表面的挤光效应起主导作用所致。沿铣削方向和进给方向,切削参数对工件表面残余应力影响具有差异性。通过控制切削参数有可能生成定制化的应力。