装甲钢温度-组织-应力耦合本构模型的建立及在焊接模拟中的应用

装甲钢焊接热循环过程中固态相变对焊接残余应力的演变及大小有着重要影响,而现有的有限元软件本构模型无法考虑固态相变的作用。在传热学、固态相变理论和连续介质力学的基础上,建立了温度－组织－应力耦合的本构模型,本构模型中综合考虑了固态相变引起的体积变化、力学性能变化和相变塑性对焊接残余应力的影响,采用ABAQUS子程序UMAT通过二次开发将该本构模型嵌入通用有限元软件中,对装甲钢平板对接焊进行研究,获得了装甲钢焊接热循环过程中温度、组织及残余应力变化规律。研究结果表明：装甲钢平板中断面表面宽度方向,在纵向残余应力表征上,耦合本构模型的模拟结果与X射线衍射测量结果具有较好的一致性,验证了耦合本构模型的正确性,并表明相变塑性对相变区的残余应力存在一定的松弛作用;对于装甲钢近缝区纵向残余应力大小：完全相变区＜部分相变区＜未发生相变区。     

复合材料身管的热残余应力

根据圆筒的弹性力学理论,建立了带金属内衬的纤维增强复合材料身管的热残余应力模型,考虑了复合材料加工固化过程中的温度和缠绕角度等参数的变化.基于该模型编制了计算复合材料身管的热残余应力的程序.以T300/环氧树脂复合材料为例,计算了复合材料身管径向、周向和轴向的热残余应力,得到复合材料身管中的热残余应力随缠绕角的变化规律.结果表明复合材料身管中由固化温度变化引起的周向和轴向的热残余应力比径向的大,缠绕角在45°左右时各个方向热残余应力值最大.     

焊接叶轮残余应力的数值模拟

采用双椭球热源模型建立叶轮TIG焊接的移动热源模型,以计算得到的温度历史作为热载荷,计算焊缝附近的残余应力分布,通过对比已有的文献实验数据以验证模型的有效性。进一步建立叶轮残余应力和残余变形的计算模型,分析焊接温度历史、叶轮应力和变形历史之间的内在联系,研究焊接参数和叶轮参数对焊后残余应力和残余变形的影响规律。分析结果表明:在叶轮叶片焊接时,获得的热应力随焊接温度的增加而增加,当焊接温度达到峰值时,热应力滞后几秒达到最大值;随着叶片厚度的增加,焊接变形略有减小,远离焊缝位置的叶片残余应力随叶片板厚增加而减小,同时叶片的残余应力和变形与叶片和叶轮的刚度比有关。     

TATB基高聚物粘结炸药残余应力的测试和消除研究

以TATB基高聚物粘结炸药(PBX)为对象,采用盲孔法测定了PBX炸药的初始残余应力及其分布,研究了孔深和钻孔后应变读数时间对结果的影响,以及样品热处理后对残余应力松弛的影响.结果表明: 孔深3 mm和钻孔后10 min的应变读数时间是适宜的实验参数.热处理能够明显降低和均化PBX炸药内部的残余应力,75 ℃热处理3 天能消除50%的残余应力并趋于稳定.     

焊后热处理对FSW和TIG焊残余应力影响的数值模拟

为展示FSW在焊接残余应力方面的优势和特点,采用顺序热力耦合模型模拟FSW和TIG两种焊接构件的残余应力,在与已有文献验证对比的基础上,讨论和对比焊后热处理工艺对残余应力分布的影响。结果表明:FSW的焊后残余应力低于TIG焊接,在焊接厚度方向上,FSW的残余应力有较明显的变化,而TIG焊的残余应力变化很小;热输入功率的改变对TIG纵向残余应力的影响相对较小,而对FSW的影响较大;随着热处理温度的升高,焊后热处理对残余应力的降低作用越明显;同样的焊后热处工艺对TIG焊的残余应力降低更为明显。     

X射线衍射法测量聚合物材料应力

本文描述了无定形聚合物中的应力,可根据弥散于其中的结晶微粒或粉末填料,在高布拉格角的条件下,用X射线衍射法进行测量的实验方法。本方法经过校正后,可应用于测量作用应力和残余应力,应力松弛研究,张应力和压应力,物体内部和表面位置,各种复合材料以及大体上是均质的聚合物材料。在低应力(胡克)范围内,弥散在基体中的金属微粒的应变和应力随基体内的应力和应变线性增加。当作用应力超过与金属微粒填料的屈服强度相关的明显屈服点时,微粒的弹性应变只是稍为增加,而且随着基体应变的增加甚至降低,但作用应变恒定时,微粒由于应力松弛而显示出变化。实验表明与基体的应变相比,微粒的应变较小,而应力较高。将银粉末或铝合金粉末弥散在石墨纤维环氧复合材料中,而后进行的实验表明,在350℃固化,接着冷却到室温所产生的压残余应力,以及外界作用于固化复合材料的应力可通过微粒标志出来,用快速而简便的测量法可以得到1000磅/英寸~2(0.7公斤/毫米~2或0.9兆巴)量级的精度,用更精细的方法时可获得高得多的精度。     

缺口件喷丸残余应力场的特点及作用

本文采用X射线小半径缺口应力测定技术,研究了喷丸产生的缺口残余应力场的特点及其在循环载荷下的稳定性。缺口根部的残余应力有应力集中效应。区别于传统的应力集中概念,它不仅受缺口几何因素的影响,并且与材料的强度有关。材料的强度越高,缺口处残余应力的应力集中现象越明显,并且越不易松弛,因此喷丸强化提高疲劳强度的效果也越显著。     

铝合金挤压孔表面形貌及残余应力分析

对挤压后的铝合金孔边残余应力分布进行了X射线测定,发现残余压应力在近表层有陡降。扫描电镜观测表明孔的内表层存在机械损伤,其深度约与应力陡降范围相当。说明表面损伤不仅本身可能影响疲劳抗力,而且使有益的残余压应力在挤压后即发生较大程度的松弛。 增大挤压量可增大残余压应力分布深度及数值,但须注意挤压后存在尺寸反弹有可能影响构件的装配精度。在固定挤压量的条件下,将挤压棒由锥形改为糖葫芦形,可使残余压应办的分布深度及数值得到进一步提高。这是由于后者属非连续挤压方式,后一台阶的挤压总是在前一台阶挤压的基础上进行,材料的组织预先经过一定程度的形变强化,并且变形材料受相邻两台阶的几何约束难以充分恢复。     

结构陶瓷磨削表面残余应力的产生机理

对结构陶瓷磨削表面残余应力的产生机理进行了研究。采用金刚石单颗粒模拟砂轮磨削运动，通过改变切削参数和磨粒形状以真实模拟各种应力单独作用时对残余应力产生的影响，并用Ｘ射线衍射法测试表面残余应力。研究结果表明：陶瓷磨削残余应力主要由挤压应力、切削应力和热应力的综合作用引起；三这三种方法中，切削应力对残余应力的影响最小，挤压应力产生残余压应力，热应力产生残余拉应力。冷却条件显著影响残余应力。     

BP神经网络预测铝合金应力松弛量研究

设计2124铝合金单向拉伸时效成形试验(应力松弛试验),研究试验件单向拉伸时,初始应力水平(σ0)、时效温度(T)、保温时间(t)3因素对试验件应力松弛量(p/%)的影响。将试验数据作为训练样本,建立单拉应力松弛试验BP神经网络模型以预测不同工艺条件下的应力松弛量,并通过追加试验数据对该神经网络模型进行检验。检验结果表明:应用该神经网络模型来预测不同因素下试件应力松弛量精度满足试验预期要求。     

NEPE推进剂固化降温过程残余应力应变分析

为研究硝酸酯增塑聚醚（NEPE）推进剂药柱固化与降温过程中残余应力/应变的形成机制,基于ABAQUS有限元软件对推进剂在固化与降温过程中的温度场、固化度场和应力/应变场进行数值分析。结果表明,NEPE推进剂药柱在50 ℃高温固化过程中,药柱内部存在温度梯度与固化速率梯度,药柱截面中心位置温度与固化速率较高,但在固化完成时内部固化度趋于一致,药柱内部的温差不会影响药柱最终的残余应力和残余应变;NEPE推进剂药柱在固化与降温2个阶段中,总残余应力/应变基本符合应力/应变叠加原理,药柱的残余应力/应变主要由固化收缩应力/应变与降温过程产生热应力/应变构成,总残余应力在这两阶段占比分别约为20%与80%,总残余应变占比分别约为30%与70%;本方法获得的残余应力/应变与传统采用温度折算方法计算结果分布趋势基本一致,但计算结果整体偏小。     

LY12CZ状态合金的尺寸稳定化研究

本文采用应力分析、精密尺寸、微屈服强度和应力松弛强度的测定,以及通过内耗分析和电子显微组织分析等方法,比较系统地研究了不同的高低温循环处理工艺对LY12CZ状态合金的尺寸稳定性的影响。对高低温循环处理工艺提高LY12CZ状态合金的尺寸稳定性的机理进行了分析。试验结果表明:190℃(4h),-196℃(2h)3次循环处理为最佳工艺,它在保证常规机械性能的条件下,显著降低了残余应力,使合金的位错结构处于稳定状态,增加了合金的微屈服强度及应力松弛强度,因而提高了LY12CZ状态合金的尺寸稳定性。     

粘结剂含量对热压TATB基PBX残余应力的影响

为了掌握粘结剂含量对高聚物粘结炸药(PBX)残余应力和宏观力学性能的影响规律,采用基于VKα靶的X射线衍射方法测试了F2314粘结剂含量为0~11%热压成型的TATB基PBX残余应力,采用巴西试验方法测试其宏观力学性能,并采用了TATB晶体-粘结剂包裹结构简化模型进行温度单一因素条件的残余应力数值模拟验证。实验结果表明:不含粘结剂的PBX,其残余应力为拉应力;随着PBX中粘结剂含量增加,残余应力逐渐减小,当粘结剂含量超过5%,其拉伸残余应力递减趋势增强;当粘结剂含量由7%增加到9%时,残余应力由拉应力转变为压应力;PBX力学强度随粘结剂含量增加而增强。残余应力模拟结果与实验结果具有相同变化趋势。     

AZ31B镁合金双弧焊接温度场及残余应力有限元分析

为获取AZ31B镁合金薄板非熔化极气体保护双弧焊(double-electrode gas metal arc welding,DE-GMAW)焊接残余应力场分布,用ANSYS软件对焊接过程进行数值模拟,探索焊前预热对镁合金残余应力的影响规律。建立双弧热源模型,通过热应力耦合法,先计算焊接温度场进而计算应力场。获得焊件残余应力的分布规律,沿着焊缝纵向残余应力最大值约为41 MPa,焊缝两端即起弧和熄弧处受较大横向压应力作用,最大值达55.6 MPa;采用盲孔法进行试验测量,测量结果与模拟结果一致。通过实测数据与模拟结果分析,表明镁合金DE-GMAW焊接残余应力的分布特点;镁合金焊前预热温度为100℃时,能够有效降低焊件的残余应力。     

低温切削奥氏体304不锈钢残余应力研究

为了改善奥氏体304不锈钢的加工质量,采用预冷工件低温切削方法切削奥氏体304不锈 钢,研究其残余应力变化情况。通过有限元软件ANSYS分析液氮浸泡工件温度场分布,指导实际预冷工件试验。实施在不同预冷温度下的低温车削试验,使用测力仪器测量切削过程中的切削力,并通过有限元软件DEFORM模拟不同低温条件下的车削过程,利用后处理功能观察车削过程温度分布。研究结果表明：低温切削可以增加切削过程的切削力,同时减少切削过程中工件表层的温度差,使得残余拉应力减小或者残余压应力增大,且温度越低这种效果越明显。     

二维超声磨削纳米复相陶瓷表面残余应力研究

采用二维超声振动磨削和普通磨削方式,利用X射线衍射仪,对纳米复相陶瓷和氧化锆陶瓷表面残余应力的性质及大小进行了研究。实验表明,残余应力是磨削条件、相变应力和裂纹释放应力综合作用的结果。得到结论:在相同的磨削条件下,超声磨削的切向残余拉应力比普通磨削方式的小,法向残余压应力则比普通磨削的大;磨粒尺寸越小,残余拉应力越小;材料以塑性方式去除时,残余应力表现为压应力;超声磨削的m相变率比普通磨削的小。     

膏体推进剂应力松弛谱分析

利用RS300 Haake流变仪测试了双基体系膏体推进剂的应力松弛特性，获得应力松弛模量随时间的关系。通过对实验数据的分析获得了膏体推进剂连续谱和离散谱，并对二者结果进行了分析，从松弛时间范围的角度得出离散谱求解方法在实际应用更有意义，通过分析松弛单元数目对松弛谱结果的影响，得出求离散谱时松弛单元一般取3～8个为宜。     

短纤维增强金属基复合材料的热残余应力及其对拉伸和压缩载荷下应力分布的影响

运用空间轴对称有限元方法,研究了短纤维增强金属基复合材料热残余应力的分布及其对拉伸和压缩载荷下应力分布的影响.研究表明,在拉伸和压缩载荷下,热残余应力可导致不对称的应力分布;热残余应力降低拉伸时的应力传递,加强压缩时的应力传递.     

超声冲击对焊接残余应力影响的研究进展

残余应力对焊接结构的力学性能具有重要影响,概述了超声冲击处理对焊接接头残余应力的影响。超声冲击处理可以降低焊趾部位的应力集中,降低或消除残余拉伸应力,甚至在焊缝及其附近区域形成残余压应力,从而提高焊接接头的疲劳性能及耐磨性等。指出在超声冲击改善焊接接头残余应力方面研究目前存在的问题,展望了今后该研究领域的发展动向。     

液压自紧身管残余应力随实弹射击的变化规律研究

依据研究获得的液压自紧身管残余应力理论模型,揭示了自紧身管内表面初始残余应力大小及沿壁厚的分布规律。应用Sachs镗削残余应力测试理论与方法,实验确定了实弹射击一定射弹量自紧身管的剩余残余应力。根据理论分析获得的初始残余应力与实验测试的剩余残余应力,通过数据拟合建立了自紧身管残余应力随实弹射弹量的变化关系式。