基于特征划分熔覆轨迹的干涉检测及修正

目的激光再制造技术在实际加工过程中会遇到多种复杂曲面的零件,合理的激光路径规划是获得高性能涂层的关键因素。方法将当前光束向量平移一定距离,平面空间被分割成正域和负域,利用特征属性判断当前点的归属关系,快速排除肯定不与零件发生干涉的激光束。转入精确检测,计算干涉因子λ,确定矢量h,将曲面划分成规则的微元对象block,分析光束与block的交点信息,完成干涉检测的精确搜索。在保证熔覆层质量理想的条件下,计算相应干涉量θ,以当前点为焦点,切线方向为固定轴旋转角度θ,调整光束姿态至安全区域。结果编写C程序算法,对实际零件三维建模并进行轨迹仿真。预期点集共47883个,其中失效点7341个,计算相应干涉量在10°范围内。完成所有干涉光束的有效修正,生成优化后的机器人路径程序。结论再制造前处理阶段,该算法通过仿真实验模拟对象间的碰撞检测,及时消除激光加工中存在的安全隐患,形成合理的熔覆轨迹,提高加工效率,节约生产成本。     

涡轮盘榫槽裂纹失效分析及喷丸强化改进

对航空发动机涡轮盘服役后产生的榫槽裂纹进行失效分析,并通过喷丸强化改进。通过断口分析对故障涡轮盘进行失效原因确定;针对该种材料(GH2132)开展喷丸强化工艺试验,并在表面残余压应力、高温疲劳寿命及断口和显微组织等方面进行分析。结果表明故障涡轮盘属于疲劳断裂,疲劳裂纹并不是材料本身原因引起的,而是与应力集中和加工过程有关;实施表面喷丸强化工艺后,形成很高的表面残余压应力,高温疲劳寿命较喷丸前提高1～2个数量级,断口分析显示为单一疲劳源,显微组织显示晶粒明显细化。即涡轮盘榫槽裂纹为表面加工缺陷引起的疲劳断裂;喷丸强化则能够提高其高温疲劳强度极限,而喷丸强化层内的残余压应力和精细的亚晶粒是提高疲劳强度的主要因素。     

W2Mo9Cr4VCo8高速钢涡轮盘榫槽拉刀热处理裂纹研究

W2Mo9Cr4VCo8高速钢涡轮盘榫槽拉刀(以下简称拉刀)是拉削航空发动机涡轮榫槽的刀具,我厂热处理近40年一直采用盐浴炉加热淬火,质量稳定,热处理淬火后磁力探伤检查合格率达98%(不合格的拉刀经分析是原材料问题)。图1为涡轮盘榫槽拉刀示意图,图中L为拉刀长度;B为拉刀宽度;H为拉刀高度。     

斜激光冲击强化残余应力场的数值仿真分析

采用ANSYS/LS-DYNA软件对激光冲击强化过程进行有限元数值模拟,比较垂直冲击和斜冲击后LY12CZ航空铝合金板料的变形和残余应力场的分布。结果表明:斜激光冲击强化会在板材表层产生残余拉应力,并使压应力降低;通过垂直冲击和斜冲击配合使用,可以对激光冲击强化残余应力场进行优化。对激光冲击强化工艺参数的合理优化、板料变形过程的有效控制和进一步的实验研究具有指导意义。     

Study on Fatigue Properties of Turbine Disk Groove Modeling Specimens of GH4720 Alloy

基于航空发动机涡轮盘榫槽结构特点及其工作状态,采用榫槽模拟件对GH4720合金的疲劳失效机理和裂纹扩展寿命进行了实验研究和理论分析。研究结果表明:GH4720合金榫槽模拟件的疲劳失效表现为3个阶段:(i)模拟涡轮盘榫槽处由于较高的应力集中而产生滑移,进而萌生裂纹;(ii)随着应力集中和循环载荷的持续,相邻晶粒间位错开动、发生滑移,裂纹在晶粒间传递;(iii)随着应力强度因子范围增大,剪应力和主应力交互作用、滑移系开动及位错在不同滑移系间的运动,裂纹快速扩展。在实验基础上建立了GH4720合金的疲劳裂纹扩展寿命模型,基于有限元分析的榫槽处的应力和裂纹扩展寿命模型得到的裂纹扩展寿命与实验结果相符,表明该裂纹扩展寿命模型可用于工程中预测涡轮盘的剩余寿命。     

GH4720合金涡轮盘榫槽模拟件疲劳性能研究(英文)

基于航空发动机涡轮盘榫槽结构特点及其工作状态,采用榫槽模拟件对GH4720合金的疲劳失效机理和裂纹扩展寿命进行了实验研究和理论分析。研究结果表明:GH4720合金榫槽模拟件的疲劳失效表现为3个阶段:(i)模拟涡轮盘榫槽处由于较高的应力集中而产生滑移,进而萌生裂纹;(ii)随着应力集中和循环载荷的持续,相邻晶粒间位错开动、发生滑移,裂纹在晶粒间传递;(iii)随着应力强度因子范围增大,剪应力和主应力交互作用、滑移系开动及位错在不同滑移系间的运动,裂纹快速扩展。在实验基础上建立了GH4720合金的疲劳裂纹扩展寿命模型,基于有限元分析的榫槽处的应力和裂纹扩展寿命模型得到的裂纹扩展寿命与实验结果相符,表明该裂纹扩展寿命模型可用于工程中预测涡轮盘的剩余寿命。     

基于AMESim的斜盘轴向柱塞马达特性研究

分析斜盘轴向柱塞马达的力矩损失和泄漏损失,利用AMESim软件平台建立斜盘轴向柱塞马达的液压系统模型。在相同工况条件下,通过调节配流盘三角形阻尼槽的结构参数,得到液压系统模型仿真曲线,依据仿真结果:在进出油转换过程中,斜盘轴向柱塞马达的压力冲击不超过入口压力;以减小压力冲击和流量脉动为目标,优化了斜盘轴向柱塞马达配流盘三角形阻尼槽的结构参数。     

电火花线切割小圆弧加工自适应控制

随着技术的不断进步,电火花线切割-高速磨削复合加工技术逐渐被用于航空发动机涡轮盘榫槽加工.与传统的拉削加工方式相比,电火花线切割不仅能大幅降低工具和机床的成本,而且加工工艺更为灵活.但由于榫槽加工轨迹是由直线段、小圆弧段共同组成,采用电火花线切割技术加工小圆弧拐角时易发生电极丝弯曲现象,使切割出的小圆弧半径小于设定值....     

基于Python的Abaqus二次开发在高温合金GH3039激光冲击强化中的应用

目的 提高高温合金GH3039激光冲击强化仿真建模的效率。方法 利用Python脚本语言对Abaqus进行二次开发,利用插件对高温合金GH3039激光冲击强化过程进行仿真分析。采用侧倾固定Ψ法,通过实验测量激光冲击强化后的残余应力,并对仿真结果进行验证,分析不同激光工艺参数作用下高温合金GH3039表面和深度方向残余应力的分布规律。结果 仿真插件界面简洁,操作性强,结果准确。在其他参数不变的情况下,残余压应力受到光斑尺寸的影响较大。相较于光斑直径为4、2 mm,在光斑直径为6 mm时,其中心位置残余压应力分别提高了4.3%、53%。随着光斑尺寸的增大,表面残余压应力增大,且变化梯度减小,深度方向的残余压应力增大。随着激光能量的增加,表面残余压应力增大,且变化梯度增大,残余压应力峰值位于中心区域附近,在激光能量为6、7、8 J时,残余压应力层的平均厚度分别为0.55、0.67、0.82 mm,深度方向残余压应力层增厚。随着冲击次数的增加,冲击区域表面残余压应力平均值高于单次冲击,且波动梯度增大,冲击1、2、3次后残余压应力层的平均厚度分别为0.55、0.71、0.85 mm,深度方向残余压应力层深度增大。结论 利用Python脚本语言对ABAQUS进行二次开发,提高了仿真建模的效率,可为快速预测不同激光工艺参数下高温合金GH3039残余应力的分布规律提供参考。     

光束多层熔覆技术在冲击疲劳配副强化中的应用

焊条生产线切丝机关键部件锤头和刀架配副受冲击疲劳而破坏,给焊条行业造成了极大的经济损失。本文研究了采用聚焦光束多层熔覆技术强化受冲击疲劳配副的可能性。采用镍基合金和聚焦光束多层熔覆技术强化的锤头和刀架配副在生产中进行了验证,经光束熔覆强化的冲击疲劳配副寿命比新零件提高了2倍。     

GH4169 高温合金激光冲击强化层微观结构和微动疲劳行为研究

目的 提高GH4169镍基高温合金的微动疲劳寿命。方法 利用激光冲击强化（LSP）技术对GH4169高温合金榫试样进行表面强化处理并研究其微动疲劳性能。借助激光共聚焦显微镜（LCSM）、X射线衍射仪（XRD）、电子背散射衍射（EBSD）、显微硬度计、X射线应力分析仪、光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）及高频疲劳试验机,对激光冲击强化前后的GH4169高温合金的微观组织、硬度、残余应力、微动疲劳寿命、断口形貌和裂纹扩展情况进行分析。结果 激光冲击强化后表面硬度提高了17.3%,硬化层深度约为0.63 mm,表面残余压应力为331.5 MPa。经激光冲击强化后变形层中晶粒未发生明显细化,表明激光诱导冲击波主要引起GH4169高温合金中位错的形成而不是位错的运动。在20 kN峰值载荷下,尽管强化后的断裂机制没有发生明显的变化,但是强化后榫试样的微动疲劳寿命比未处理的试样提高了827%,裂纹从多疲劳源转变为单疲劳源,裂纹萌生位置从表面转移到距表面234 μm的次表面,激光冲击强化显著提升了GH4169的萌生抗力和扩展速率,扩展区域的疲劳条带间距从未处理的0.50 μm增加到了强化后的1.01 μm,这可能与残余应力的突变与松弛有关。结论 在激光冲击强化后获得硬化层和残余应力场共同影响下,GH4169高温合金榫试样的微动疲劳寿命得到了显著提升。     

激光冲击对GH742镍基合金疲劳短裂纹扩展的影响

对GH742镍基高温合金紧凑拉伸件预制裂纹,并分别进行1次及3次搭接激光冲击处理,利用复型技术和光学显微镜研究了镍基合金的裂纹起源、裂纹分布及尺寸演化全过程.结果表明,未作激光冲击强化试样形成的是沿晶裂纹,晶界处大量位错塞积群造成很高的应力集中;而经激光冲击强化后试样在远离冲击强化区域以裂纹群的形式萌生,且大约集中在同一时段萌生,疲劳后期萌生的新裂纹条数不多,且激光冲击作用的次数越多,裂纹扩展速率越小,激光冲击处理产生的强化效应能大大降低裂纹扩展速率,在某些强化区还能明显提高应力强度因子门槛值.     

发动机1Cr11Ni2W2MoV叶片激光冲击强化的应用研究

激光冲击强化是一种新型表面处理技术,利用高功率激光束冲击金属零件表面,在零件表面形成较大的残余压应力,可有效改善零件的疲劳性能。以发动机1Cr11Ni2W2MoV叶片为研究对象,对其进行了激光冲击强化处理,研究强化处理对材料的微观组织和疲劳性能的影响。研究结果表明:相比未处理试样,激光冲击强化在1Cr11Ni2W2MoV叶片材料表层形成较大的残余压应力,表层晶粒更为细化,叶片的疲劳寿命提高1.7倍。     

线偏振激光斜冲击实验与理论研究

目的研究激光冲击强化中冲击角度对强化效果的影响。方法采用波长为1064 nm、脉冲能量为7 J、脉冲宽度为12 ns的YAG激光器对TC4钛合金表面进行冲击强化处理,得到经不同偏振方向、冲击角度冲击后的材料的表面形貌、硬度和残余应力。通过菲涅耳定律分析了不同偏振光斜冲击加工效果的差异。结果随着冲击角度的增大,冲击后形成的微坑深度逐渐减少,且正交偏振光减少的程度大于平行偏振光减少的程度,在超过30°的时候尤为明显。随着冲击角度的增大,试样表面显微硬度逐渐下降,当用平行偏振光斜冲击时,硬度下降较慢;而用正交偏振光斜冲击且冲击角度超过15°时,硬度下降较快。随着冲击角度增加,由于"残余应力洞"的影响,中心残余压应力值先增大后减少。结论在一定情形下,选用一定角度的斜冲击可以有效避免残余应力洞的产生。该研究得到的结论可以为复杂结构件激光冲击强化冲击轨迹规划提供一定的参考。     

45钢经激光淬火和冲击复合强化后的耐磨性能

将激光淬火处理后的45钢强化区域再进行激光冲击强化处理，并对其表面硬度和耐磨性进行了对比和分析。结果表明，激光淬火 冲击复合强化处理后45钢的硬度比纯激光淬火处理45钢的硬度增加了15％；经激光淬火 冲击复合强化处理后的45钢表面的耐磨性分别比经渗氮和激光淬火处理区域的耐磨性提高了约3倍和0．9倍。     

激光冲击选区强化对2024铝合金叶片振动响应特性的影响

目的 探究激光冲击强化技术对2024铝合金叶片振动性能的影响,并探寻最理想的冲击参数.方法 运用Johnson-Cook动态塑性本构模型模拟激光冲击选区强化过程,对强化后的2024航空铝合金叶片的振动特性进行分析.将2024铝合金在激光冲击强化过程中产生的残余应力场和梯度密度分布导入模型,量化激光冲击强化对2024铝合...     

多点激光冲击强化表面粗糙度的有限元分析

激光冲击强化技术是一种新型的表面处理技术,它能够改善金属零件的疲劳性能,当考虑材料的抗疲劳性能时,表面粗糙度是一个关键参数。为了评估多点激光冲击强化表面粗糙度的变化规律,建立了三维有限元模型。采用一种改进的有限元分析方法获得零件表面节点的垂直位移,由数值模拟得到的离散化数据带入提出的表面粗糙度离散化公式,得到表面粗糙度R_a的值。数值模拟的结果与已有文献中的实验数据具有较好的一致性,验证了仿真模型的可行性。在此基础上,研究分析了搭接率、冲击次数和脉冲能量对表面粗糙度的响。     

GH4133镍基高温合金激光冲击强化研究

为了研究激光冲击强化技术在高温部件上应用的可行性,研究了GH4133镍基高温合金激光冲击后强化效果的热稳定性。分别采用激光冲击强化、激光冲击强化加保温的方法进行处理,并利用SEM、显微硬度和残余应力的测试方法分析了温度对激光冲击处理后GH4133材料微观组织和力学性能的影响。通过冲击强化后涡轮叶片的高温疲劳试验验证强化效果的热稳定性,并分析其高温下的强化机制。结果表明,激光冲击强化可以在GH4133镍基高温合金表层产生较大残余压应力,细化晶粒;并且在温度作用下,激光冲击GH4133合金形成的细化晶粒在析出相的钉扎作用下具有较好的热稳定性。另一方面残余压应力的应力集中减小,分布均匀。两者的共同作用提高了强化效果的热稳定性,有利于疲劳性能的提高。     

TC17钛合金激光冲击强化实验研究

目的探索更为高效的激光冲击强化方式,提高TC17钛合金板片的疲劳寿命。方法先采用设备4个光路对TC17钛合金板片进行强化,强化试验结束后,应用LXRD-X射线应力分析仪测定其表面残余应力,再对板片进行表面粗糙度测试。选取新的板片进行应力分布测试,确定TC17钛合金板片在一阶弯曲振型下的应力水平,然后在该应力水平下对经冲击强化和未经冲击强化的板片进行疲劳对比试验。结果板片表面产生了残余压应力层,在相同激光能量下,椭圆形光斑强化区域的残余应力大约是方形光斑强化区域的1.33倍,且椭圆形区域各点残余应力数值相差更小。强化区域的表面粗糙度为0.25~0.34 mm,未强化区域的表面粗糙度为0.13~0.16 mm。疲劳试验时,未经激光冲击强化的板片均在6~11 min内发生断裂,而经激光强化后的4块板片中,1块未断裂,另外3块分别在59、381、709 min断裂。结论激光冲击强化对材料性能起到了强化作用,且椭圆形光斑的强化优于方形光斑。强化后,板片的表面粗糙度增加了1倍,疲劳寿命提高了52倍。     

激光冲击强化对TC4 钛合金缺口叶片疲劳强度的影响

目的 提高航空发动机叶片抗外物损伤的性能。方法 采用薄壁件激光冲击强化工艺,对某型发动机TC4钛合金叶片包含一阶弯曲振动节线区域的表面进行处理,随后在叶片前缘一阶弯曲振动节线位置设计不同应力集中系数的缺口。参考有限元仿真软件分析结果和相关标准要求,预制应力集中系数Kt为3.2的缺口。通过力值校核和有限元仿真之间的多次迭代,明确应力测试位置与缺口危险点应力之间的关系。通过振动疲劳试验对激光冲击强化效果进行评价。通过扫描电子显微镜观察疲劳断口的形貌,采用残余应力仪对梯度残余应力进行测试,并提取相应位置的半峰全宽值,对激光冲击强化提升缺口叶片疲劳强度的原因进行分析。结果 经激光冲击强化处理后的钛合金缺口叶片在107次循环下的疲劳强度提升了63.2%;残余压应力层深度可达1.5 mm,且表层位错密度提升了67.5%;经激光冲击强化处理后钛合金缺口叶片裂纹萌生于近表面。结论 激光冲击强化引入的表层梯度残余压应力和位错增殖是缺口叶片疲劳强度提升的主要原因。