裂纹柔度法在回火高强度结构钢应力分析中的应用

提高高强度结构钢板的残余应力的测试精度,可以更好地评估回火工艺的有效性,使产品更加安全可靠.常用的残余应力测试方法(如钻孔法、X射线衍射法等)只能测定钢板外表面及浅层的残余应力.采用裂纹柔度法分析回火钢板的残余应力,对Q550D钢板不同回火工艺状态下的应力松弛效果进行了测试.结果表明,裂纹柔度法能够测定钢板全厚度范围内残余应力释放过程中产生的应变,从而判断其应力分布情况,而且这种方法比钻孔法及X射线衍射法更加敏感和精确.     

屈服刚度法测试焊接残余应力的试验方法

目的为了解决钢结构构件内部残余应力难以测试的问题,确定焊接梁板类构件内部残余应力的分布规律.方法基于屈服及刚度衰减条件,提出了通过试验测定焊接残余应力分布的屈服刚度法.采用该方法以对接焊钢板及焊接工字型梁为对象,进行了纵向焊接残余应力分布的试验测试.结果将试验结果与有限元数值模拟结果进行对比分析,二者吻合较好.屈服刚度法能够很好地确定板类及梁类焊接构件的纵向焊接残余应力分布规律,通过试验确定了带焊缝工字型梁翼缘和腹板的纵向焊接残余应力分布规律.由于单侧施焊,残余应力值较小,与实际情况比较吻合.结论该方法简单、精确,具有很强的工程实用和推广价值,为钢结构设计提供一定的依据.     

裂纹柔度法中的插值函数及其阶数选择研究

在应用裂纹柔度法计算残余应力时,插值函数及其阶数的选择对计算结果的精确性有着较大的影响。分别选用2—12阶勒让德多项式,2—9阶幂级数,2—7阶傅里叶级数作为插值函数,基于模型误差引起的应力不确定度、应变测量数据的误差引起的应力计算不确定度和总不确定度的最小化目标,得出了适合拟合预拉伸铝合金板7050-T7451内部残余应力分布规律最佳插值函数及其收敛阶。     

电弧增材制造建筑用钢残余应力试验分析

为研究由电弧增材制造用于建筑结构构件的残余应力分布情况,采用盲孔法的试验手段,并通过对构件的制造过程进行有限元模拟,得到其残余应力的分布情况。试验及计算结果表明,构件的大部分区域残余应力量级小,自平衡,表面边缘处,残余应力变化剧烈,中间区域变化平缓;沿构件厚度方向上分析,内部残余应力主要为分布区域大量级小的拉应力,表面残余应力主要为分布区域小量级较大的压应力。通过对试验结果的分析可以判断构件中残余应力的整体水平较小,该制造方式能为建筑结构制造相应的构件。     

对接焊缝残余应力对疲劳裂纹扩展的影响

研究了平板对接焊缝的疲劳裂纹扩展问题,提出了一种考虑残余应力场重分布的裂纹扩展寿命计算方法.基于Terada提出的焊接残余应力场随裂纹扩展重分布的模型,在裂纹扩展过程中不断更新残余应力引起的应力强度因子和应力比并在此基础上计算构件裂纹扩展寿命.采用该方法分析了某焊接钢板的裂纹扩展寿命,并和不考虑残余应力场重分布的叠加法进行了对比.研究表明,提出的基于焊接残余应力场的疲劳裂纹扩展分析方法更加符合实际情况,可以预测出相对准确的裂纹扩展寿命.     

梁板类构件焊接残余应力测试的试验方法研究

针对焊接梁板类构件内部残余应力分布规律难以确定的问题,基于屈服及刚度衰减条件,提出了一种测定焊接残余应力分布的试验方法.该方法以对接焊钢板及焊接工字型梁为对象,进行了纵向焊接残余应力分布的试验测试研究,并将试验结果与有限元数值模拟结果进行了对比分析,二者吻合较好.研究结果表明,该方法能够很好地确定板类及梁类焊接构件的纵向焊接残余应力分布规律,为钢结构设计提供一定的依据.同时该方法简单、精确,具有很强的工程实用和推广价值.     

焊接残余应力场中裂纹闭合模型

潜艇结构内广泛存在复杂分布的焊接残余应力,对焊接结构表面裂纹的扩展有很大的影响.利用权函数方法,结合Newman-Raju提出的表面裂纹在压弯组合应力下的经验公式,计算表面裂纹焊接残余应力的应力强度因子;并利用K相似原理,把表面裂纹问题转换为中心贯穿裂纹问题;利用Newman裂纹闭合模型模拟裂纹扩展,研究残余应力场内的裂纹闭合现象,并实现残余应力场内的裂纹扩展研究.该方法也可以用于随机载荷下残余应力场内裂纹扩展研究.     

压射冲头激光表面处理硬化层裂纹形成机理的研究

本文对球墨铸铁压射冲头激光表面处理硬化层的残余应力进行了测试和分析。研究证明:压射冲头表面硬化层的裂纹是由于残余应力所产生的裂纹源扩展所形成的。     

随焊冲击碾压控制平面封闭焊缝残余变形研究

随焊冲击碾压是一种控制平面封闭焊缝残余应力变形及防止热裂纹的新方法,它通过2个冲击碾压轮迫使焊缝金属沿着一定的方向严生塑性变形流动,达到减小应力变形防止热裂纹的产生．试验结果证明随焊冲击碾压试件表面平整光滑,没有热裂纹．在一定的范围内,试件的最大残余变形量与气锤压力之间有一定的对应关系;在合适的气锤压力下,随焊冲击碾压法可以将薄壁构件平面封闭焊缝引起的残余变形降低到常规焊接状态的1／12以下．由于随焊冲击碾压能够将焊缝外侧周向压应力降低到结构的临界失稳压应力以下,因而减小了薄壁构件失稳变形,同时还减小了由焊缝收缩引起的焊接变形．     

残余应力对压头诱导的硬质薄膜断裂机制的影响

近年来,随着制备工艺的革新,硬质薄膜作为保护涂层已有了广泛的应用.在实际使用过程中,硬质涂层经常承受接触载荷作用.薄膜在接触载荷下易产生环形裂纹,从薄膜的表面起裂并扩展到界面,从而影响材料的可靠性和稳定性.同时,硬质薄膜中的残余应力的存在也将直接影响薄膜的服役周期.基于内聚力模型,采用有限元方法模拟来探究残余应力对压头诱导的硬质薄膜/韧性基底中薄膜本身断裂的影响规律.给出在不同残余应力下薄膜发生环形裂纹的起裂半径、裂纹间距、临界压入深度以及临界载荷,进而对运用压痕法测量薄膜的断裂韧性和工程应用提供指导.     

熔石英元件抛光加工表面残余应力的计算方法

为解决传统检测方法无法直接定量检测非晶体熔石英玻璃表面残余应力的问题,基于脆性固体断裂力学理论,推导残余应力的理论计算公式,提出光学元件抛光加工表面残余应力计算新方法.采用尖锐压头进行纳米印压实验,提取压痕过程中对残余应力敏感的参数,并对实验数据进行线性拟合,确定拟合线的斜率,通过测量残余应力引起其他物理参数的变化计算残余应力.对比分析结果表明,计算得到残余应力值与应力双折射仪检测得到的数据基本吻合,验证了提出残余应力计算方法的正确性.     

Residual stresses within sprayed coatings

Some important developments of residual stress researches for coating-based systems were studied. The following topics were included the sources of residual stresses in coatings: error analysis of Stoney's equation in the curvature method used for the measurement of coating residual stress, the modeling of residual stress and some analytical models for predicting the residual stresses in coatings. These topics should provide some important insights for the fail-safe design of the coating-based systems.     

Modified Layer-Removal Method for Measurement of Residual Stress in Pre-stretched Aluminium Alloy Plate

Residual stress is one of the factors affecting the machining deformation of monolithic structure parts in the aviation industry. Thus,the studies on machining deformation rules induced by residual stresses largely depend on correctly and efficiently measuring the residual stresses of workpieces. A modified layer-removal method is proposed to measure residual stress by analysing the characteristics of a traditional layer-removal method. The coefficients of strain release are then deduced according to the simulation results using the finite element method( FEM). Moreover,the residual stress in a 7075T651 aluminium alloy plate is measured using the proposed method,and the results are then analyzed and compared with the data obtained by the traditional methods. The analysis indicates that the modified layer-removal method is effective and practical for measuring the residual stress distribution in pre-stretched aluminium alloy plates.     

7A04铝合金锥形壳体三维淬火残余应力场的建模

为了建立7A04铝合金锥形壳体三维淬火残余应力场的预测模型,采用ABAQUS 6.5有限元软件模拟了7A04铝合金锥形壳体的淬火过程.首先,基于随温度变化的材料物性参数以及材料表面与淬火介质的换热系数,进行了淬火过程的非线性热传导分析;其次,根据已求得的瞬态温度场,进行淬火过程的热力耦合分析;最后,采用X射线应力方法测定了锥形壳体表面若干点的残余应力,其测定结果与模拟数值比较吻合.笔者的研究对于分析锥形壳体内部残余应力对尺寸不稳定性的影响具有重要意义.     

无损测定焊接容器残余应力的电测法

本文研究了无损测定焊接容器残余应力的新方法,它利用Mises屈服准则和塑性理论的流动定律解决了二向应力状态下焊接残余应力峰值的确定。该方法简便、易行,在工程应用上有一定的意义。     

Residual stresses within sprayed coatings

Some important developments of residual stress researches for coating-based systems were studied. The following topics were included the sources of residual stresses in coatings: error analysis of Stoney’s equation in the curvature method used for the measurement of coating residual stress, the modeling of residual stress and some analytical models for predicting the residual stresses in coatings. These topics should provide some important insights for the fail-safe design of the coating-based systems. Foundation item: Project(50235030) supported by the National Natural Science Foundation of China; Project(2003AA331130) supported by the National High-Tech Research and Development Program of China     

激光复合处理K24超合金表面残余应力

利用激光冲击技术对经激光淬火形成的K24超合金先进行了复合处理,用X-350A型X射线应力仪测定了激光复合处理区的残余应力,同时分析了复合处理区在500℃回火处理工艺后的残余应力变化规律,并对K24超合金复合处理区疲劳寿命的影响进行了研究。结果表明,激光冲击处理K24超合金淬火区后的残余压应力为600 MPa以上,经500℃回火处理81、6 h后残余应力仍然大于基体的残余压应力,其回火稳定性较好,有利于提高K24超合金的疲劳寿命。     

Q235钢应变释放系数塑性修正问题的研究

针对盲孔法测量高残余应力时因塑性效应引入的测量误差问题,对Q235钢应变释放系数的塑性修正问题进行研究.通过分析应变释放系数标定的原理及Q235钢的本构关系模型,采用有限元法仿真计算Q235钢在弹性阶段和塑性阶段的应变释放系数,指出塑性阶段的应变释放系数需要修正;给出基于参量S的修正公式,用于修正高残余应力引起的测量误差,并应用于高残余应力焊接件的测量试验中.结果表明,在弹性阶段,有限元仿真计算与实验结果一致性较好;在塑性阶段,给出的修正公式对于高残余应力的测量有着较好的修正效果,从而拓展盲孔法残余应力测量装置的应用范围.     

残余应力对单轴对称工字梁稳定承载力的影响

对单轴对称工字形悬伸梁、连续梁进行整体稳定试验前,通过截面法测量了截面中的残余应力分布.根据测量结果和简化分布模型,编写了能描述残余应力大小和分布的ANSYS初应力文件,在非线性分析中以此来考虑残余应力对构件整体稳定性的影响.通过比较试验和有限元分析结果发现,考虑残余应力所得的计算结果与试验结果吻合良好,不考虑残余应力所得到的极限荷载与试验值差别较大.试验结果表明:当梁截面中的窄翼缘尺寸较小时,翼缘中残余应力以受拉为主,其端部残余压应力较小,焊接残余应力对单轴对称工字形悬伸梁和连续梁的整体稳定承载力影响很大,主要是提高作用,有限元计算时应该考虑残余应力.对比分析结果表明,文中所用的残余应力分布模型能够模拟试验梁的真实情况.