硬铝合金超精密车削残余应力的仿真及试验

为满足超精密车削加工零件低表面应力的使用性能要求,采用有限元和试验相结合的方法,对硬铝合金进行微米级的超精密车削仿真和试验.分析切削过程的切削力和切削温度,研究已加工表面残余应力产生的原因及残余应力的性质,得到切削深度和切削速度对已加工表面残余应力的影响规律.仿真结果表明:金刚石刀具车削硬铝合金,切削温度低,切削力小,但是单位切削力大.切削力是已加工表面形成残余压应力的主导因素.表层残余应力随着切削深度的增加而变大,随着切削速度的增大反而有减小的趋势.在微米级硬铝合金的超精密切削过程中,切削深度对已加工表面残余应力的影响更为显著.进行微米级的超精密车削试验,采用XRD对表层残余应力进行测量,对有限元仿真结果进行了验证,为硬铝合金超精密车削表面残余应力的控制打下理论基础.     

车削加工残余应力分布规律的实验研究

为了解决X射线车削剥层法残余应力测试中剥层方案的选择和抛光深度的确定的问题,应用单因素实验法研究了φ120低碳钢圆筒在不同车削条件下的残余应力分布状态,分析了进给量、车削速度和车削深度3个参量的变化对车削加工残余应力分布的影响规律.结果表明:车削参量对残余应力的分布影响很大,随车削深度的增加,残余应力影响层深度明显增加,当车削深度为0.25、0.75mm时,应力影响层深度分别为0.2、0.8mm;进给量和车削速度对表面残余应力影响较大,随进给量和车削速度的增大.表面残余拉应力增大.     

深冷处理消除7050铝合金残余应力的研究

提出了一种被称为“反淬火法”的深冷处理新工艺，将铝合金构件浸入液氮中深冷后，采用一种特制的QCW—01型有机介质进行“反淬火”，从而消除7050铝合金的残余应力．探讨了深冷处理工艺路线与工艺参数对应力消除效果与机械性能的影响．采用x射线衍射法测定应力消除前后铝合金试样的残余应力，利用电导率涡流检测技术与拉伸试验相结合的方法来评价铝合金深冷处理后的抗应力腐蚀性与机械性能等质量指标．得到了在兼顾满足机械性能要求前提下取得最佳应力消除效果的深冷处理工艺．经实验证实，在该深冷处理中采用QCW—01型有机介质的残余应力消除率达到58％，远远高于采用沸水急热的传统深冷处理工艺的应力消除率．     

LY12装甲铝合金焊接残余应力研究

采用钻孔-电测法对LY12铝合金垂直于焊缝方向的焊接残余应力及其分布规律、产生的原因进行了分析,探讨了残余应力的消除措施.研究表明：板厚为6mm的LY12铝合金的焊接残余应力呈双向应力状态;垂直于焊缝方向的残余应力,在焊缝上的应力较大,沿远离焊缝方向逐渐减小,纵向残余应力σx比横向残余应力σy大得多.热处理后的结头强度为236.5 MPa,比未处理的强度提高58.7%.     

超精密加工技术

本文介绍了我院在超精密加工技术研究方面的一些工作, 主要有超精密车削、超精密铣削、超精密固着磨料研磨及磁性磨料研磨。     

2024铝合金喷丸粗糙度试验与数值模拟

为研究喷丸处理对2024铝合金表面粗糙度的影响,提出一种利用数值模拟预测喷丸粗糙度的有效方法。 对铝合金试件进行喷丸处理,测量得到粗糙度特征值Ra。 利用有限元软件ABAQUS对喷丸过程建立多丸粒模型并进行数值模拟,基于所提出的Ra离散化计算式,通过对采样路径上节点位移的统计处理,得到R_a模拟值,最后通过改变模型相关参数,分析喷丸参数对粗糙度的影响规律。 试验结果表明:模拟值与实测值相对误差分别为16.7%、2.5%、4.3%,两者吻合良好,验证了仿真模型及结果的正确性,另外模拟得出喷丸工件表面粗糙度随丸粒直径的增大而增加;随喷丸速度的增加而增加;随丸粒覆盖率的增大先大幅增长,后增速减缓。     

预拉伸对铝合金桶体焊接残余应力和变形影响的数值模拟

利用ANSYS软件模拟在有预拉伸应力和无预拉伸应力作用下,厚度为4mm的7075铝合金试板的焊接。结果表明：预拉伸焊接法可有效减小铝合金薄板焊后的残余应力和变形。预拉伸应力抵消了部分焊接区热膨胀产生的压缩应力,从而减小了压缩塑性变形,进而减小了冷却时焊接区域的拉伸应力,相应地远离焊缝区域的压缩应力也随之减小。     

基于概率约束的轴桥车削参数优化

针对轴桥车削时变形大的问题,分别提出相应的工艺改进及加工参数优化策略:通过增加平衡配重减小离心力对车削变形的影响;通过基于概率约束的优化算法选择最优的车削参数,实现车削过程的高效性以及车削精度的可靠性。构建以车削效率为目标的轴桥车削参数优化模型。为充分考虑车削参数的随机变化,以车削变形量小于给定值的概率作为约束。为降低概率约束模型的计算成本,采用基于平移传播的拉丁超立方采样方法确定车削速度、背吃刀量与进给量的参数组合,并通过有限元仿真得出各组参数对应的变形值,进而构建车削变形的克里金模型,在失效概率计算及优化求解过程中直接调用该近似模型。通过对概率约束模型最优点处的参数组合进行试验,验证了本文提出的方法可在轴桥允许变形范围内有效提升车削效率。     

冷却速度对SiCp/2024Al热残余应力影响的数值模拟

针对冷却速度对SiCp／2024Al复合材料热残余应力的影响，通过复合材料显微组织观察，根据复合材料的形貌特征，建立了平面应力状态的复合材料组织模型，利用有限元方法对SiCp／2024Al复合材料淬火和退火过程的热应力进行了数值模拟．结果表明，由于SiC增强颗粒与铝基体之间的热膨胀系数差异较大，热处理后颗粒和基体的界面附近产生很大的热残余应力场，同时基体发生塑性应变；冷却速度对复合材料热残余应力没有明显影响．     

水淬铝合金（7050）的步进锻打与压实之中心面残余应力预测

步进锻打可以减少铝锭水淬火后的残余应力,步进锻打与传统的压实方法对残余应力的降低作用有所不同,采用步进锻打后,铝锭的变形非常小,且其尺寸变化与水淬后几乎相同。     

钛合金的已加工表面残余应力的数值模拟

为了揭示高速切削对航空钛合金加工表面残余应力的影响，利用三维斜角切削有限元模型对钛合金Ti6Al4V的高速切削加工过程进行了模拟，获得了不同切削速度和不同切削深度下的已加工表面残余应力分布.模拟结果表明：切削速度对已加工表面残余应力具有重要影响，而切削深度对已加工表面残余应力影响较小; 已加工表面层残余应力为拉应力，沿深度方向由拉应力逐渐过渡到压应力; 3个主方向的残余应力值随切削速度的增加而增加，而随切削深度的增加无明显变化; 切削速度和切削深度对残余应力层的厚度影响都很小.     

淬火厚板残余应力测试的仿真-实验综合方法

为掌握铝合金厚板淬火残余应力演变规律,运用FEA软件仿真、X-ray表面应力和层削法应力测试实验,提出在残余应力测试中应用仿真-实验综合方法.经过实验分析证明:1)可弥补单一测试方法的局限,使各测试方法相互检验、验证.2)可获得较为准确的淬火应力仿真模型,实现对整个厚板应力场的有效分析.3)具有应力预测的功能,FEM应力预测与实验结果吻合较好,淬火应力平均偏差<10%.     

滚动轴承滚道磨削表面粗糙度及残余应力

基于仿真软件ABAQUS,使用热力耦合单元设计了基于不同工况下的单颗粒磨粒磨削仿真实验。通过分析其磨削后残余应力和粗糙度的标准偏差的变化趋势,计算不同工况下残余应力和粗糙度的离散程度,结合轴承载荷谱及服役状态,得出最优磨削工艺参数范围。研究对轴承滚道磨削表面表征和状态预测提供了理论基础。     

残余应力及其表征参数对材料滚动接触性能的影响

为了深入研究残余应力对滚动接触的影响规律,建立了圆柱滚子轴承二维有限元简化模型,在施加不同残余应力的基础上进行弹塑性分析,并对残余应力的表征参数如梯度、大小和深度等进行了影响研究。结果表明：残余压应力能使弹性变形阶段的接触应力和塑性变形阶段的塑性应变下降;等大的残余拉应力则使二者增大更大的比率。通过参数研究发现：残余压应力梯度越小,塑性应变越小,残余拉应力梯度越接近0,塑性应变越小;残余压应力越大,塑性应变越小,残余拉应力越大,塑性应变越大;残余压应力加深一定值能够降低滚动接触塑性应变,从而提高疲劳寿命,残余拉应力的加深则会引起塑性应变和疲劳损伤的增大。     

环形件残余应力测试与数值模拟

针对薄壁类零件受残余应力影响而产生变形开裂,且残余应力研究手段少、实验研究费用高等突出问题,基于Abaqus平台建立了GH4169、TC4环件在冷却过程中残余应力场的有限元模型,分析了环件冷却过程中残余应力场的分布规律;通过对比,模拟数据与残余应力实测数据分布规律一致,且误差均小于30MPa。结果表明,所建立的应力场预测模型能够有效可靠地预测残余应力场的水平及分布状态。     

拉伸装夹铣削对铝合金表层残余应力的影响

以铝合金为研究对象,提出将拉紧装夹应用到铣削加工中,以便对加工后工件表层的应力状态进行控制,改善零件的疲劳性能。通过试验,得出了拉伸应力、工件厚度及铣削用量等因素对表面残余应力的影响趋势。研究表明,拉伸装夹条件下铣削可以一次性实现对工件表面残余应力的控制,从而获得理想的残余压应力,对改善零件的疲劳性能极其有益。在文章的实验条件下,获得的工件表面残余应力均为压应力,最大达-250M Pa。     

横向受荷桩残余应力及残余变形计算

提出一个估算横向受荷桩残余应力和残余变形的方法,用大口径横轴向受荷钢管桩的离心试验结果和现场荷载试验结果进行了实例分析,获得较好效果.此外,还提出按荷载试验和按 p-y 曲线设计横向受荷桩时考虑残余应力的方法。     

基于ANSYS平台的焊接残余应力模拟

基于 ANSYS平台给出了焊接残余应力数值模拟的计算流程 ,利用 APDL 语言编程实现该模拟焊接接头残余应力大小和分布 ,模拟结果与实测结果吻合较好。对于优化焊接工艺设计具有较好的指导作用