铝合金预拉伸板残余应力场的评估模型

针对铝合金厚板内部残余应力检测难、预测难、控制更难的问题,通过三因素三水平正交试验,运用裂纹柔度法检测了7075铝合金预拉伸板的内部残余应力,总结了其分布规律,根据厚板内部的应力分布特点,构造了应力分布线型函数;运用非线性回归技术,建立了关键点应力值与淬火板表面应力的关系,构建了预拉伸板残余应力场评估模型.结合测试得到的淬火板表面应力和回归得到的关键点应力值,重构预拉伸板残余应力场.对某厂生产的预拉伸板进行的残余应力评估表明,该模型具有较强的工程实用性.     

基于积分法的铝合金厚板深度残余应力分析

运用第一类线性积分形式建立剥除层残余应力与试样变形之间的关系;通过变形反求应力,还原厚板内部连续的应力变化,推导应力求解积分形式;进行层削法和裂纹柔度法测试实验,比较这2种方法的测试结果的异同。研究结果表明:运用积分法求解得到的残余应力场能较准确地反映厚板内部应力分布特点;积分中核函数决定力学方法解的特征,采用层削法所得结果反映了厚板剥除层内平均应力,采用裂纹柔度法所得结果则反映裂纹处应力的平均值,这2种方法都能较准确地反映厚板内部应力特征。     

裂纹柔度法插值函数选择和实验对比

在应用裂纹柔度法计算残余应力的过程中,插值函数对计算结果有较大的影响,分别用勒让德多项式、傅立叶级数和幂级数作为插值函数,用有限元法计算了7075铝合金板固溶处理和矩形梁弯曲后的残余应力,对计算结果作了对比分析,给出了在不同残余应力分布条件下插值函数的最佳收敛阶和计算误差,利用梁弯曲对上述插值函数的特点和应用范围作了进一步说明,为裂纹柔度法的应用提供理论依据.     

基于有限测点的铝合金板残余应力场重构研究

应力函数法可基于有限测点的实测结果重构出构件的全场残余应力,但其应力函数往往难以确定,且不易通过同一应力函数同时重构出多个残余应力分量的分布. 针对上述不足,发展了一种利用通用应力函数同时重构多个残余应力分量场的方法. 该方法构造双元傅里叶函数作为艾瑞应力函数,使用判定系数确定模型阶数,并根据实测散点值优化确定应力函数中的未知参数. 最后利用模拟三点弯实验的残余应力场验证了该方法的准确性,并将其应用于真实铝合金板的残余应力场重构. 结果表明,该方法能同时重构多个应力分量,且重构残余应力场具有较高的精度.      

喷丸强化铝锂合金单边缺口拉伸试样谱载寿命预测

基于断裂力学的方法,对喷丸强化铝锂合金单边缺口拉伸试样在Mini-Twist载荷谱下的疲劳裂纹扩展行为进行研究.使用权函数计算裂纹在外加载荷和残余应力场共同作用下的应力强度因子;考虑到裂纹存在的闭合效应,基于NEWMAN的拟合公式,计算并更新Mini-Twist载荷谱下的张开应力.分析不完整的残余应力场测量结果对寿命预测的影响,发现不完整的测量数据对深度较小的残余应力场的寿命预测结果影响更大.     

预拉伸铝合金板7075T7351内部残余应力分布测试

因残余应力而引起加工变形是飞机整体结构件制造的难题之一。运用裂纹柔度法测量了铝合金预拉伸板7075T7351的内部残余应力，分析了内部残余应力的分布规律，并测出厚度为40mm的板长度方向最大残余拉应力为18．3Mpa，最大残余压应力为17．9Mpa。     

无限大薄板椭圆孔口裂纹前缘应力研究

带裂纹含孔口构件的研究一直是断裂力学与岩石力学等学科的重要课题.基于复变函数方法,利用保角变换将无限大多连域映射为单位圆,将问题的边界条件使用柯西积分简化.由于孔口是薄板应力变化剧烈的区域,在考虑孔口应力时,应用椭圆孔口分析结果探讨裂纹应力分布.以裂纹尖端点为新的极坐标原点建立坐标系,对裂纹前缘应力场计算公式进行了推导,得到了计算裂纹前缘应力场的二级渐进公式.研究中发现,原有一级渐进公式与精确解的相对误差较大,而本文推导出的二级渐进公式与精确解的相对误差较小.     

基于裂纹柔度法的残余应力检测误差分析及处理方法

对裂纹柔度法残余应力计算中的误差传递进行了深入分析。应用误差传递函数对包含协方差、建模误差在内的Legendre插值模型的收敛、稳定性进行了分析,建立了应力误差估算方法。验证实验表明：通过应变偏差可确定满足最小应力不确定度条件最佳收敛阶,由此估算的应力误差与实际结果基本一致。     

具有小柔度界面的短纤维复合材料界面应力

基于具有小柔度线弹簧层界面的复合材料的Ｍｏｒｉ－Ｔａｎａｋａ方法和相应的椭球夹杂问题的应力场分析解，讨论了轴对称载荷与温度残余应力下具有小柔度弹簧层界面的复合材料的界面应力分布，揭示了含非理想界面复合材料各微结构参量对界面应力的影响．     

混合型应力强度因子的光弹性多参数测定

提高裂纹尖端应力强度因子值的计算精度,对于准确分析受力结构的起裂条件和破坏模式具有重要意义.本文采用3D打印技术获得了不含残余应力的平板模型,高精度打印预置裂纹避免了传统加工过程产生残余应力的缺点;综合考虑奇异场和非奇异场对裂纹尖端区域应力场的影响,引入远场边界控制的三个常数项应力,提出了光弹性多参数法;采用三点弯曲试验,运用最小二乘法计算了不同载荷下纯 Ⅰ 型和 Ⅰ-Ⅱ 混合型应力强度因子值,并与理论解对比分析.结果表明:对于纯Ⅰ 型应力强度因子,计算结果的平均误差为6.1%,对于 Ⅰ-Ⅱ 混合型应力强度因子,计算结果的平均误差分别为6.4%和5.5%,多参数法与理论解相比较小的计算误差验证了该方法的可靠性和准确性,可为精确计算应力强度因子的光弹性实验研究提供借鉴.     

基于扩展二相杂交应力有限元法的两相材料界面裂纹断裂力学分析

实际应用过程中,由于复合材料界面两侧各相材料性能各异以及制造过程中存在的缺陷,在外载荷的作用下,界面处产生大量初始微裂纹进而扩展相交形成宏观裂纹最后扩展贯通导致结构失效。因此,对于界面裂纹的分析研究对优化复合材料,提高其应用性能及可靠性是十分重要的。提出了一种扩展二相杂交应力有限元法,通过构建包含边界裂纹、水平中心裂纹以及倾斜裂纹的两相材料的扩展二相杂交应力有限元单元模型对界面裂纹进行断裂力学分析。应用Lagrange乘子法将各个界面裂纹面面力为零边界条件和未断裂界面的面力连续条件引入修正余能泛函中,在每一相材料域内假设高阶多项式应力函数,充分考虑界面形状的影响,构建互作用应力函数,引入双材料界面裂纹裂尖附近奇异应力场函数。基于Fortran程序求解后得到单元应力场,采用最小二乘法计算了界面裂纹的应力强度因子。通过该方法得到的数值模拟结果和传统有限元分析的数值结果进行比较,验证该方法的有效性和准确性。     

基于深度学习技术的金属构件残余应力场反演

金属构件中残余应力会对材料结构的力学性质及稳定性产生重要的影响,因此准确高效地确定构件残余应力分布至关重要。传统用于确定残余应力的方法主要有实验法,有限元仿真和反演方法,然而这些方法成本高昂,计算效率低无法满足实际工程的需要。为了解决上述问题,本文发展了一种基于深度学习技术的高效残余应力反演方法。该方法使用人工神经网络技术代替了有限元模型修正的过程,仅通过试件表面有限测点即可获得整个表面的残余应力分布。与传统有限元模型修正法相比,该方法显著地提高了反演效率,并通过一个方形开孔弹塑性仿真模拟对其效率和准确性进行了验证。     

基于平面弹性复变方法的冷轧带钢分布位错--残余应力模型

为揭示冷轧带钢可见浪形的形成机理,通过实测残余应力值计算分布位错,提出分布位错-残余应力模型。利用平面弹性复变方法计算弹性平板中一条带有典型分布位错的直线粘接边界所产生的应力场,分析该应力场的特点及多条互相平行的带有分布位错的直线粘接边界所产生应力场间的相互影响。同时结合实测数据,给出实际分布位错的计算结果,其对应的残余应力近似值与残余应力实测值误差较小,且这一方法具有一般性。进一步分析分布位错,给出带钢屈曲挠度函数的形式,与现场实际起浪形式相吻合。     

循环载荷下喷丸残余应力松弛特性的数值仿真

喷丸引入的残余压应力场可以有效地提高材料的疲劳抗性,但该残余应力并非一成不变,其在循环载荷作用下的松弛特性会减少喷丸对材料疲劳抗性的增益效果.为了快速、便捷地得到稳定状态的喷丸残余应力场,文中建立了一种用于预测循环载荷下喷丸残余应力松弛的数值方法,应用该方法成功得到了7075铝合金试样在不同喷丸强度及载荷强度下的稳定残余应力场,仿真结果与采用X射线衍射法得到的实验结果相吻合,从而验证了该数值方法的正确性.采用该数值方法,文中还进一步研究了疲劳载荷循环次数、应力比、初始残余应力场及喷丸引入的塑性应变等因素对喷丸残余应力松弛的影响.     

Ⅰ型动态裂纹二个扩展问题的位错分布函数

通过复变函数论的方法,对Ⅰ型动态裂纹二个扩展问题的位错分布函数分别进行了研究.采用自相似函数的方法可以获得运动裂纹的应力、位移、动态应力强度因子及位错分布函数的解析表达式.应用该法可以迅速地将所讨论的问题转化为Riemann-Hilbert问题,而后一问题可以用通常的Muskhelishvili方法进行求解,并且可以相当简单地得到问题的闭合解.利用已求得的解并通过迭加原理,就可以很容易地求得任意复杂问题的解.     

谐波减速器柔轮冷滚工艺及残余应力数值模拟

针对柔轮工作性能的特殊要求,分析并优化了传统柔轮冷滚压工艺模型,柔轮采用双圆弧齿廓曲线模型;依据修正的Johnson-Cook本构模型建立柔轮冷滚压成形有限元模型并加以验证。仿真结果表明,采用该模型能得到清晰的双圆弧齿形和较均匀的等效应变分布。文中还分析了不同工艺参数(进给速度、滚轮转速及摩擦系数)对柔轮轮齿表面残余应力的影响,结果表明:增大进给速度会降低轮齿表面的残余应力最大值,过大的进给速度会造成"凸起";适当降低滚轮转速和进给速度,可提高残余应力分布的均匀性;摩擦系数与残余压应力分布深度正相关.     

有限宽裂纹板受一对集中剪力时弹塑性解

针对运用断裂力学传统方法进行裂纹尖端的弹塑性应力场分析均为小范围塑性区的假定,不能准确反映塑性区应力情况的问题,利用裂纹线场分析方法,对理想弹塑性材料的有限宽平面板在裂纹面受到一对集中剪力作用时裂纹线附近的应力场及弹塑性边界进行了分析。不采用小范围塑性区的假设,直接通过将裂纹线附近弹塑性边界上弹性应力场与塑性应力场的匹配,获得了裂纹线附近弹塑性应力场的解析解以及弹塑性边界上单位法向量的表达式。用裂纹线分析方法可以准确地反映裂纹附近的弹塑性应力分布,该种方法的应用将成为断裂力学的一个重要发展方向,对石油天然气构造应力分析、材料力学分析具有参考价值。     

柱面零件喷丸强化残余应力场的数值模拟

为研究柱面零件喷丸强化残余应力场的分布规律,应用ABAQUS软件模拟了单粒球形弹丸冲击柱面曲线轮廓零件靶体过程。接触碰撞数值模拟采用动态接触对惩罚函数法,计算方法采用中心差分时间显式算法,模型加载模式采用弹丸速度加载,模拟获得了喷丸强化残余应力场和位移场的分布规律。柱面靶体喷丸时,靶体表面产生的周向残余压应力和轴向残余压应力不等,且表面周向残余压应力略小于表面轴向残余压应力;靶体上产生的最大周向残余压应力和最大轴向残余压应力出现在距靶体表面相同深度位置,但最大周向残余压应力略小于最大轴向残余压应力,而周向残余压应力层深度略大于轴向残余压应力层深度。     

安全端焊接残余应力对裂纹尖端力学参量的影响

焊接残余应力是导致核电一回路安全端异种金属焊接接头引导力腐蚀开裂(SCC)的主要因素之一,同时焊接接头区域材料力学性能不均匀性使得SCC裂纹尖端力学场分析变得更为复杂。为了了解核电一回路压力容器安全端异种焊接结构中残余应力对裂纹尖端力学参量的影响,本文通过有限元手段分别利用预定义温度场法和导入预应力法对核电一回路安全端焊接接头中的残余应力分布进行模拟,并计算分析了焊接残余应力作用对安全端焊接接头中SCC裂纹尖端主要力学参量的影响。研究表明,导入预应力法是较理想的焊接接头残余应力场模拟方法;裂尖应力、应变以及J积分均与残余应力的分布规律有很大的关联性;当裂纹长度小于管壁厚度的三分之一时,裂尖应力应变和断裂参量随裂纹长度增加而增大,之后趋于平稳;当裂纹长度接近30 mm时裂尖法向应力由正变负,裂尖应力应变随裂纹长度的增大而减小,有可能造成SCC裂纹扩展停滞。研究结果为日后定量预测安全端SCC裂纹扩展历程奠定了一定的理论基础。     

边界元辅助焊接残余应力计测的实验验证

借助边界积分方程的离散形式边界元（ＢＥＭ）技术,建立了一种利用焊接构件的边界位移量焊接变形的测量值来求解焊接残余应力分布的无损计测方法．并用应力释放法测量二维焊接残余应力的实验,验证了方法的可行性．