连续球压痕法测试压力容器钢力学性能的研究

为探讨材料力学性能无损测试的新方法,分析研究了连续球压痕试验测试材料力学性能的原理,并以压力容器用钢15CrMoR,Q245R,Q345R等3种钢板为研究对象,采用连续球压痕试验与常规拉伸试验相比较的方法,测试了屈服强度、抗拉强度等力学性能,深入开展了连续球压痕试验与常规拉伸试验所测试力学性能的比对分析工作。比对结果表明了连续球压痕试验在测试压力容器用钢力学性能方面的可行性、可靠性与准确性,证明连续球压痕试验法可以应用于工程中部分材料力学性能的无损检测。     

仪器化压痕技术的发展和面临的问题

介绍了采用仪器化压痕技术测量不同钢材及焊管的焊缝、热影响区和母材的抗拉强度的方法,还介绍了采用仪器化压痕技术,直接根据载荷和压痕深度计算布氏硬度的方法.     

机械结合面法向接触刚度分形理论模型

基于分形理论同时考虑微凸体的弹性、第一弹塑性、第二弹塑性、完全塑性四个阶段的变形状态,得出单个微凸体在各变形阶段的接触刚度模型,从而得出影响单个微凸体法向接触刚度的相关参数。引入频率指数并得出各变形阶段频率指数的临界值,推导出频率指数值处于不同区间时结合面的接触刚度模型。模型仿真结果表明,分形维数D取1. 1～1. 9时,随着D值的增大,无量纲法向接触刚度的值单调增大;微凸体频率指数处于各个区间时无量纲法向接触刚度的值随法向实际接触面积的增大均增大。     

应用纳米压痕法测试类金刚石薄膜的力学性能

纳米压痕仪被称为材料机械性质微探针,它借助于加载-卸载过程中压痕对载荷和压入深度的敏感关系,使得测试始终在薄膜材料的弹性限度内,克服了维氏法和努氏法等传统方法引起压痕边缘模糊或者碎裂的缺点,从而正确地、可靠地测试出薄膜材料的硬度和弹性模量等纳米力学性能.试验用微波电子回旋共振等离子体增强化学气相沉积技术,在不同偏压条件下制备三种类金刚石薄膜(DLC膜),用纳米压痕仪测试不同载荷下薄膜的硬度和弹性模量值.试验结果表明,材料的纳米硬度和弹性模量随着载荷的增大而逐渐减小.     

机械结合面法向动态接触刚度理论模型与试验研究

机械结合面经常可能在动态条件下工作,使得结合面的接触状态偏离静态工作状态,导致接触刚度发生改变。为了揭示动态接触刚度的变化规律,考虑两个粗糙结合表面上单个微凸体由弹性变形向弹塑性变形以至最终向完全塑性变形转化的接触过程,建立一个振动周期内各变形阶段微凸体的平均接触刚度模型;在此基础上,基于高斯分布假设,建立整个粗糙结合表面的动态接触刚度解析模型。该模型揭示了接触面压、振动频率和相对位移振幅对动态接触刚度的影响规律,并与试验结果和静态接触刚度计算结果进行了比较。研究表明:法向动态接触刚度和静态接触刚度与接触面压之间的关系基本一致,但有一定偏离。这种偏离程度随动态位移幅值和振动频率的增加而分别呈线性和非线性增大。     

机械结合面法向接触刚度和阻尼的理论模型

基于统计接触理论和等效粗糙接触表面假设,考虑微凸体在加卸载及动态载荷下的变形特征,建立了结合面法向静、动态接触模型,获得了单位面积法向静、动态接触刚度与接触阻尼(基础特性参数)。基于Kadin和Etsion的粗糙表面弹塑性卸载接触模型,通过引入微凸体卸载过程中残余变形与最大变形量及最大接触载荷之间的函数关系,建立静态加卸载接触模型。针对结合面间简谐动态相对位移,利用泰勒公式对静态接触载荷和接触刚度进行展开,得出了动态接触载荷、接触刚度的增量以及动态接触载荷下的能量损耗,建立了法向动态接触刚度和接触阻尼的计算模型。分析了结合面面压、动态位移幅值及振动频率对动态接触刚度和接触阻尼的影响规律,研究表明:法向动态接触刚度相对静态接触刚度有微小偏移增量,动态接触刚度增量和接触阻尼随法向面压及动态位移幅值的增大而非线性增大,动态接触刚度增量随振动频率增加呈非线性增大,而接触阻尼则随振动频率增加呈非线性减小。通过理论计算与试验结果的对比分析,证明了本文建立的结合面法向静、动态接触刚度及接触阻尼理论模型的正确性。     

机械结合面动态特性影响因素的研究

基于模态实验分析和有限元分析相结合的方法对固定结合面动态特性参数进行识别。对大量的实验数据进行分析,得出固定结合面在不同粗糙度、有无介质、不同材料及不同螺栓排布方式等不同因素影响下,动态特性参数的变化规律。为进一步的机械系统动力学仿真及其动态优化设计提供了参考依据。在总结实验结果的基础上,提出了结合面改进措施,为结合面的模态分析及优化设计提供了真实有效的数据。     

机械固定结合面动态特性的试验与研究

采用实验模态方法进行测试,测试了3个因素在不同水平时固定结合面的动柔度值,通过对固定结合面有限元仿真分析对实验模态测试结果进行了对比验证,结果表明两种方法所得结果基本吻合。设计了螺栓预紧力矩、连接螺栓个数以及固定结合面介质种类等3个因素的L9(34)的正交试验,计算了三个影响因素对结合面动柔度值的影响效果,进行了排序。研究的方法与结果可为进一步研究结合面动态特性提供参考。     

用纳米压痕法研究拉伸变形对电沉积镍镀层力学性能的影响

用纳米压痕法对受不同程度拉伸变形后的电沉积镍镀层试样的硬度、弹性模量和蠕变性能进行了研究.结果表明:随着变形量从零增加到28.3%,镍镀层的硬度及其弹性模量都有明显降低,硬度从9.37 GPa下降到6.13 GPa,弹性模量从242.51 GPa下降到116.23 GPa;而蠕变位移随变形量的增加而增加,从未拉伸试样的1.25 mm增加到伸长率为28.3%试样的4.52 mm.     

数字散斑相关法仪器化的应用研究

本文简述数字散斑相关方法原理、仪器设备的构成,以三点弯曲简支梁试验作为测试对象,介绍由Basler数字CCD、1394卡、Nikon定焦镜及自行研制的相关软件一整套仪器测量面内位移的全过程,说明数字散斑相关法仪器及其应用。数字散斑测量仪器是一种自动化程度高、非接触测量、精度高、灵敏度好、实验环境要求低的仪器,在工程测试中将会有广泛的应用,也是未来光测力学发展的主要方向之一。     

机械结合面接触模型有限元分析

借助LI-3型表面形貌测量仪对磨削加工的铸铁试件进行了三维形貌测量,基于实测表面数据逆向建模得到三维有限元模型,并导入ANSYS软件中建立该粗糙表面的接触模型。通过对不同采样长度下的机械结合面接触模型进行有限元仿真分析,研究了其接触面积、最大变形量和接触压力随载荷的变化关系。结果表明,采样长度越小,越能体现表面形貌精细结构,微凸体分布更加均匀。相同粗糙度、不同采样长度下表面接触特性的探索对于从微观方向解释宏观现象,揭示结合面作用机理的本质,具有良好的参考价值。     

机械结合面接触刚度建模新方法

建立精确、有效的结合面接触刚度模型是进一步开展机床整机动力学建模与分析的基础。提出了一种新的弹性接触刚度模型,该模型考虑基体变形的同时,对GREENWOOD和WILLIAMSON提出的粗糙表面微观接触模型(GW模型)进行了修正。为分析基体对接触变形的影响,首先建立含有基体的单个微凸体接触模型,并基于HERTZ接触理论,获得结合面的接触参数;然后,通过引入三角分布函数和解决GW模型在模拟微观接触行为中存在的问题,建立了新的弹性接触刚度模型,并揭示了分布函数、基体变形以及表面粗糙度对结合面接触特性的影响规律。研究表明:三角分布函数能有效地表征表面微凸体高度分布;基体变形的影响是由基体和微凸体相互作用引起,随着法向载荷的增大而明显;表面粗糙度是影响接触刚度的主要因素,相同载荷下,表面粗糙度越大,接触变形越大,接触刚度越小。     

基于接触分形理论的机械结合面法向接触刚度模型

为能够从理论上建立起具有尺度独立性的机械结合面法向接触刚度的理论模型,从而解决以往研究 荼存在的缺陷与不足,在一定的假设下,基于球体与平面的赫兹接触理论和接触分形理论,首次从理论上给出了具有尺度独立性的机械结合面法向接触刚度分形模型,并取得了与实验一致的数字仿真研究结果。     

机械结合面微观接触模型及接触特性研究

通过原子力显微镜(AFM)实测得到机械结合面的真实三维微观表面形貌,同时基于分形理论模拟仿真得到了机械结合面三维微观表面形貌,分析结果表明,分形模拟表面形貌能较好地模拟机械结合面的真实微观表面形貌。进一步分别以实测的结合面表面形貌和基于分形理论模拟的表面微观形貌建立结合面的三维表面微观接触模型,运用有限元法进行接触仿真分析,研究真实微观表面之间的微观弹性及弹塑性接触特性,通过仿真分析得到Z向位移、接触面积和接触压力与接触载荷间的关系曲线。结果表明,基于分形理论建立的机械结合面分形模拟微观接触模型可以替代实测真实微观接触模型进行仿真分析。本研究能为深入开展结合面微观作用机理的研究提供理论依据。     

结合面法向动态特性参数研究

结合面特性的影响因素众多,且多为非线性性质。本研究提出了对诸因素进行分类的方法,把仅反映结合而自身特性的因素的影响用结合面特性参数表示。本文研究了结合面法向特性参数的模型、参数与系统的分离方法及参数的表达形式,给出了具体的参数实例。     

机械结合面阻尼的产生机理研究现状与发展

介绍了结合面的基本概念,对国内外结合面阻尼产生机理研究的历史和现状进行了全面的介绍和总结,对结合面阻尼的产生机理进行了分析和归纳.总结出在不同的结合条件下,结合面阻尼的产生原因也不相同,并分别对结合面之间存在油膜的状况和不存在油膜的状况做了介绍.重点介绍了在多数情况下周期性的迟滞变形是结合面阻尼产生的一个重要原因并证明了其正确性.最后指出了研究中存在的困难.     

机械结合面动态特性测试与仿真

机械系统的振动特性多依赖于其结合面的动态特性,以动力总成系统的螺栓联接结合面为研究对象,设计了模拟机械结合面动态特性的非标试验测试装置,经过多轮次的试验,确定了结合面切、法向刚度和阻尼的测试流程和参数识别方法,获得了接触压力、结合面材料和接触面状态等因素对结合面动态特性的影响规律。提出了薄层单元结合面等效计算模型,并基于试验测试数据,建立了考虑结合面影响的等效动力学模型。变速箱壳体组合模态的计算结果表明,该等效计算模型具有较高的计算精度和良好的工程适用性。     

预测机械产品结合面特性的优化识别方法

提出了在结合面样件的实验模态和有限元分析模态间振型拟合的基础上,以两者对应的各阶固有频率之差的平方和最小为目标的优化算法,来识别结合面特性参数的方法,编制了相应的软件。将识别出的参数用于由一底座和二立柱构成的结构系统固有频率的预测,通过实验证实了预测结果的准确性     

复杂机械结构结合面动力学参数的识别

为了建立机械结构的动力学模型,必须准确的确定结合面动力学参数。本文提出一种通过实测结构振型与传递函数识别结合面动力学参数的新方法。该方法具有不受结构复杂程度的限制,原理清晰、计算简便、识别精度高等特点,是一种有效的结合面参数识别方法。     

复杂机械结构结合面动力学建模及其参数识别方法的研究

提出复杂机械结构结合面动力学建模和参数识别的方法。首先，在提出理想结合面和结合面元概念的基础上，阐述了新的建立结合面动力学模型的方法，减少了复杂形状结合面动态参数的数目；其次，通过对有限元模型的降阶修改，建立复杂结构低阶动力学模型，避免了在参数识别过程中反复进行有限元计算。以上方法在ＪＣＳ－０１８加工中心立柱模型的结合面参数识别中得到了应用。