热轧大型H型钢残余应力相关研究

在全轧程热力耦合计算结果的基础上,对大型H型钢冷却后的残余应力场进行仿真分析。得到了沿着长度方向大型H型钢腿腰连接部位及翼缘整体表现为拉应力、腹板为压应力的残余应力场计算结果。H型钢冷却过程中,腹板的残余压应力有可能导致腹板冷却波浪的产生。对使用过程中切割翼缘时残余应力场的转变过程进行仿真分析,得到当切口到达H型钢腿腰连接部位时,切口处拉应力突然增大的结果。切口处应力场的突然变化与腹板开裂直接相关,H型钢腹板的开裂属于脆性断裂。对控制大型H型钢残余应力的方法进行仿真研究,得到了通过翼缘外侧强制冷却改善残余应力分布的结果。     

冷速对热连轧钛合金棒材残余应力的影响

采用ABAQUS有限元分析软件,在钛合金棒材八道次连轧的基础上,对轧后轧件冷却过程进行热力耦合分析,研究了冷却速率对轧后棒材应力的影响。结果表明,自然水冷和强制水冷时,随着温度变化有较大残余应力产生。自然空冷和强制空冷时,残余应力随温度变化缓慢上升,尤其以自然空冷时应力上升幅度最小,棒材表面应力大约136 MPa,中心应力大约35 MPa。钛合金棒材冷却时最好采用空冷或更慢冷的方式,以降低残余应力。     

H型钢残余应力控制研究

建立成品规格为200 mm×200 mm×8 mm×12 mm的H型钢连轧模型,利用大型有限元软件ANSYS/LS-DYNA对H型钢的连轧过程进行模拟,分析了H型钢万能轧制过程中腹板和翼缘的延伸不均匀、断面温差等对残余应力的影响。并通过金相观测实验,分析轧件有残余应力时微观组织与无残余应力时的不同。从有限元分析和实验结果可以看出,合理分配腹板和翼缘的压下量及控制冷却速度降低断面温差,可以降低H型钢残余应力。     

正交异性钢桥面横隔板弧形切口焊接残余应力分析

为研究轮载压应力作用下弧形切口疲劳开裂机理，建立正交异性钢桥面板热弹塑性有限元模型，采用生死单元模拟了横隔板焊缝焊接过程，实现了焊接过程和焊缝凝结过程的热力耦合分析，得到了横隔板的焊接温度场和热应力场，获得了弧形切口残余应力分布，并结合现场疲劳试验对弧形切口进行疲劳寿命评估.研究表明，焊接温度沿弧形切口变化显著，切口最小净截面处焊接残余拉应力达到了近300 MPa，耦合轮载作用下的压应力响应，弧形切口就会产生疲劳开裂的现象.     

H型钢轧后冷却对热应力的影响

轧后H型钢控制冷却能够改善钢材的组织状态,提高强度,改善钢材的综合力学性能和使用性能。根据实际生产,采用合理的热边界条件,建立了H型钢控制冷却的三维有限元模型。设计了四种控制冷却方案,采用喷雾冷却方式进行冷却。利用有限元软件ANSYS/Multiphysics对H型钢在冷却时的瞬态温度场和应力场进行了数值模拟。通过分析温度场与应力场之间的关系,得出H型钢轧后冷却过程中的断面温差是产生残余热应力的主要原因。     

磨削参数对表面层残余应力的影响分析

残余应力作为衡量磨削质量的关键指标之一,显著影响零件的表面完整性与使用性能。借助有限元软件ABAQUS,建立热力耦合仿真模型,研究不同磨削参数下表面层温度和应力分布,获得残余应力分布情况。结果表明,表面层深度方向上存在较大的温度与应力梯度,影响深度不超过1mm。随着表面层深度增加,残余拉应力逐渐减小,呈现低压应力状态,并趋于0。以45钢为试验材料,制作了嵌入热电偶的测试工装。利用切削力测量系统和热电偶测温技术,测量获得磨削力与磨削温度分布,从而验证了有限元仿真结果的可靠性。     

改善95CrMo钢强塑性的热变形工艺

为改善高碳钢95CrMo的强度和塑性,提高中空钢钎杆在使用中的寿命,通过设计热加工试验研究了控轧控冷工艺对95CrMo钢微观组织和强塑性的影响。试验结果表明,对于空冷状态的95CrMo钢,终轧温度的提高促进了奥氏体再结晶,减少了二次渗碳体量,使其断续分布,提高了试验钢的塑性。因此,空冷试验钢在870℃和900℃终轧时取得了良好的强塑性匹配。在喷雾冷却中,与相同终轧温度空冷钢相比,喷雾冷却使二次渗碳体量增加,但是珠光体片层间距减小,同时降低终冷温度可减少渗碳体量,使试验钢在870℃终轧650℃终冷的条件下得到较好的强塑性匹配。     

控轧控冷工艺对钎杆用22CrNi3Mo钢耐磨性能的影响

为了改善钎杆用22Cr Ni3Mo钢的耐磨性能,提高其使用寿命,通过光学显微镜、扫描电镜、单轴拉伸试验、磨损试验等方法研究了终轧温度及轧后冷却方式对其耐磨性能的影响。结果表明,采用轧后空冷工艺时,随终轧温度的降低,试样耐磨性能与硬度规律保持一致,呈逐渐升高趋势;采用轧后空冷-炉冷工艺时,随终轧温度的降低,试样耐磨性能与块状残余奥氏体含量规律相反,呈先降低后增加的趋势;轧后直接空冷工艺比轧后空冷-炉冷工艺获得的钎杆用钢耐磨性能更佳。     

旋轮拉轧工艺试验与有限元仿真

旋轮拉轧工艺成形件的残余应力较大，严重影响其使用寿命。针对此问题，使用ABAQUS/Explicit对旋轮拉轧过程进行有限元分析，采用单因素控制法，以Q235钢为研究对象，建立了旋轮拉轧的有限元数值模型，分析了应力形成过程及其分布规律，并且探究了不同进给比、压下量以及主轴转速对成形件三向残余应力的影响规律。通过试验数据与仿真结果对比，验证了仿真设置的准确性。结果表明：在旋轮拉轧过程中，旋轮与管坯接触处的应力最大，变形区的轴向应力表现为拉应力，切向应力表现为拉应力与压应力交替出现，径向应力表现为压应力；轧后成形件的三向(轴向、切向、径向)残余应力随着进给比、压下量以及主轴转速的增大而增大；仿真结果与试验结果之间的误差小于5%,从而验证了模拟结果的可靠性。     

超高强度钢强力滚压残余应力仿真与试验研究

目的 研究不同强力滚压工艺参数对超高强度钢表层残余应力分布的影响.方法 针对45CrNiMoVA超高强度钢的表面强化问题提出了强力滚压工艺.采用硬质合金滚压刀具,对试样施加超过2500 N的滚压力,进行强力滚压强化单因素试验.基于SEM和EBSD测试,分析强力滚压对超高强度钢表层微观组织的影响,进而对不同滚压参数下超高强度钢表层残余应力分布与表面残余应力变化进行分析.最后通过ABAQUS有限元仿真建立了超高强度钢强力滚压强化表层残余应力场预测模型,对滚压强化表层残余应力仿真值与试验值进行了对比.结果 强力滚压使得超高强度钢表层的平均晶粒尺寸从0.813μm降低为0.474μm,且马氏体晶粒沿滚压方向发生了变形滑移.超高强度钢经强力滚压后,表层残余压应力由–276 MPa提升至最高–942 MPa,残余压应力深度由0.2 mm增加至最大0.9 mm.超高强度钢强力滚压试验和仿真残余应力沿径向的分布规律一致,滚压表面残余压应力仿真值与试验值的误差小于27％.结论 测试分析表明,强力滚压可有效细化超高强度钢45CrNiMoVA表层晶粒并且改善残余应力分布,残余压应力值随着滚压深度和滚压次数的增加而增大,随进给量和工件转速的增大而减小.强力滚压仿真较为准确地预测出滚压强化表层残余应力分布情况,为超高强度钢45CrNiMoVA等一类难加工材料构件的表面强化问题提供了工艺指导.     

某化工厂管道输气用不锈钢法兰漏气裂纹分析

某材质为0Cr18Ni9不锈钢法兰在巡检时发现有气体泄露现象,着色探伤发现在焊接附近存在较多周向裂纹。通过宏观与微观形貌、显微组织、化学成分、硬度测试等方法,对法兰裂纹形成原因进行分析。结果表明,法兰开裂为沿晶型应力腐蚀开裂,与焊接敏化效应无明显直接相关性。裂纹形成主要原因为法兰选材以及热加工工艺不合理导致材料应力腐蚀敏感性加剧,在装配应力和残余应力作用下,以及含Cl、S元素的腐蚀环境中发生应力腐蚀开裂。     

铝合金变极性等离子弧焊应力场数值分析

以传热学及热弹塑性有限元分析法为理论基础,利用ANSYS有限元分析软件,对铝合金变极性等离子弧焊接温度场、应力场进行数值模拟. 建立 "高斯+双椭球"热源模型,通过正反极性不同尺度热源模型的循环加载,实现对焊接温度场及其应力场较准确的计算;焊后在焊缝的纵、横方向选取不同的点进行残余应力实际测量. 结果表明,不同路径上焊接残余应力值其分布规律与理论基本相同;实际测量结果同计算结果进行比较,二者数值相差较小,说明数值分析的计算结果具有一定的理论指导意义.     

Q800高强钢焊接工字形截面残余应力试验分析

为研究Q800高强钢焊接工字形截面的纵向残余应力分布规律,采用线切割法对4个试件进行试验研究,分析腹板和翼缘板件宽厚比对残余应力的影响,研究各板间残余应力的相互影响及其自平衡性,提出Q800高强钢焊接工字形截面的残余应力分布模型和计算公式. 结果表明,Q800高强钢工字形截面的残余应力分布形式与普通强度钢材的一致. 焊缝和火焰切割边附近呈现残余拉应力,且随着宽厚比的变化呈不规律变化;翼缘外伸部分中部和腹板中部都呈现基本恒定的残余压应力,且随着板件宽厚比的提高而相应减小;其余部位是从残余拉应力到残余压应力转变的过渡区域;翼缘和腹板内的残余应力基本满足自平衡条件,二者没有相互间的影响作用.     

热-物理与力学参量对混合钢U肋加劲板残余应力分布影响

建立三维热弹塑性有限元模型,使用随温度变化的材料热-物理与热-力学参量,对混合钢U肋加劲板的焊接温度场和应力场进行了模拟.应用经试验验证的焊接残余应力数值模拟方法,研究了热导率、比热容、密度、弹性模量、泊松比、线膨胀系数共6个热-物理与力学参量对混合钢U肋加劲板焊接残余应力的影响.结果表明,热导率和泊松比对混合钢U肋加劲板焊接残余应力分布影响很小;弹性模量和热膨胀系数对母板残余拉应力和残余压应力以及U肋腹板残余压应力大小影响最大,次之为比热容、密度.因此,对于残余压应力比较敏感的受压混合钢U肋加劲板,在焊接残余应力数值模拟中弹性模量和热膨胀系数的取值正确与否将对计算结果产生较大影响.     

有限元分析热—力学参量对焊接残余应力峰值特征的影响

使用随温度变化的材料热—力学参量,采用双椭球热源模型,研究了弹性模量、线膨胀系数、泊松比三个热—力学参量对焊接残余应力的影响.结果表明,弹性模量增加可使焊接残余应力增大,纵向残余应力峰值从双峰特征过渡到单峰特征;线膨胀系数降低可使焊接残余应力峰值降低,纵向残余应力峰值的双峰与波谷差值也逐渐减小;随着泊松比的增加,纵向残余应力峰值逐渐下降.因此,热—力学参量是导致铝合金纵向焊接残余应力峰值比屈服极限低以及焊缝附近呈现双峰分布特征的重要原因.使用切条释放法对材料参量为铝合金2024-T4的平板中纵向焊接残余应力模拟结果进行试验验证,模拟结果与试验结果吻合良好.     

双辊夹持板料旋压成形过程塑性变形行为的研究

双辊夹持式板料旋压成形是用来加工薄壁回转体法兰零件的新工艺。为了研究其旋压成形过程中的塑性变形行为,利用ABAQUS软件建立了双辊夹持旋压成形过程的三维有限元模型,并进行了薄壁回转体法兰零件的旋压成形过程的数值模拟,获得了成形过程中等效应力、应变及壁厚的分布。研究了翻边长度对成形件应力应变及壁厚减薄率的影响规律。结果表明等效应力、应变及最大壁厚减薄率均随着翻边长度的增大而增大,由此根据不同的毛坯材料可以确定相应的最大翻边长度。     

可计及温度与层状结构影响的超高温陶瓷基复合材料涂层残余热应力理论表征模型

目的创建可计及温度与层状结构共同影响的超高温陶瓷基复合材料涂层与基体层因热不匹配导致的残余热应力的理论表征模型。方法基于经典的层合板理论与超高温陶瓷基复合材料热物理性能参数对温度的敏感性研究,引入温度和层状结构对涂层与基体层所受残余热应力的影响,形成各层残余热应力温度相关性的理论表征方法,并以ZrB_2-SiC复合材料涂层为例,利用该理论方法系统地研究了各种控制机制对残余热应力的影响及其随温度的演化规律。结果超高温陶瓷基复合材料涂层与基体层所受的残余热应力随着温度的变化而变化,涂层热膨胀系数与基体层热膨胀系数差别越大,变化幅度越大。当涂层材料热膨胀系数大于基体层材料热膨胀系数时,涂层材料遭受残余拉应力,基体层材料遭受残余压应力;随着涂层厚度的增加,涂层所受拉应力减小,而基体层所受压应力增大;当涂层材料热膨胀系数小于基体层材料热膨胀系数时,涂层材料遭受残余压应力,基体层材料遭受残余拉应力;随着涂层厚度的增加,涂层所受压应力减小,而基体层所受拉应力增大。低温下,各层所受残余热应力对层厚与每层材料组成的变化比较敏感,随着温度的升高,敏感性降低。结论对于涂层材料,应设计涂层材料的热膨胀系数小于基体层材料的热膨胀系数,使涂层遭受残余压应力,这不仅能够降低材料表面产生裂纹的危险,同时可以抑制表面已有缺陷的扩展。同时应当设计相对较小的涂层厚度,以增大涂层所受的残余压应力,降低基体层所受的残余拉应力,有效提高整体材料在不同温度下的强度性能。     

喷丸强化AZ91 D镁合金残余应力场的数值模拟及实验研究

目的研究喷丸工艺对AZ91D镁合金表面残余应力场的影响。方法基于有限元平台建立喷丸强化AZ91D镁合金的有限元模型,从残余压应力层的厚度、残余压应力的峰值及其深度等方面探讨弹丸速度、弹丸直径和弹丸入射角对AZ91D镁合金表面残余应力场的影响,并通过喷丸强化AZ91D镁合金的实验与有限元模拟结果进行对比。结果增大弹丸速度对残余压应力层的厚度、残余压应力的峰值提高效果明显,但对残余压应力峰值的深度影响不大;增加弹丸直径,残余压应力层的厚度、残余压应力的峰值及其深度均有明显提高;增大入射角,残余压应力层的厚度、残余压应力的峰值有明显提高,但是残余压应力峰值的深度基本不变。有限元模拟结果中,残余压应力层的厚度比实验值小7%,残余压应力的峰值比实验值大5%,残余压应力峰值的深度比实验值小11%。结论残余应力的实验结果与有限元模拟结果具有较好的一致性,模型合理。     

Effects of particle size on residual stresses of metal matrix composites

A finite element analysis was carried out on the development of residual stresses during the cooling process from the fabrication temperature in the SiCp reinforced AI matrix composites. In the simulation, the two-dimensional and random distribution multi-particle unit cell model and plane strain conditions were used. By incorporating the Taylor-based nonlocal plasticity theory, the effect of particle size on the nature, magnitude and distribution of residual stresses of the composites was studied. The magnitude thermal-stress-induced plastic deformation during cooling was also calculated. The results show similarities in the patterns of thermal residual stress and strain distributions for all ranges of particle size. However, they show differences in magnitude of thermal residual stress as a result of strain gradient effect. The average thermal residual stress increases with decreasing particle size, and the residual plastic strain decreases with decreasing particle size.