基于等效热-力载荷的20Cr2Ni4预应力车削残余应力模拟及实验

为快速准确预测20Cr₂Ni₄合金钢预应力车削表面残余应力的分布,基于等效热-力载荷建立三维有限元仿真模型,通过切削热-力模型确定等效热-力载荷的分布形状和强度,将切削过程等效为接触正应力、接触剪应力和热流通量在已加工表面的循环作用.模拟的残余应力分布趋势与测量结果基本吻合.基于上述模型研究了切削速度、进给量和预应力大小对残余应力分布的影响.结果表明,切削速度对残余应力分布影响不明显,减小进给量能使表面残余拉应力和最大残余压应力减弱,增加预应力能够有效地减小表面残余拉应力和增大最大残余压应力.      

谐波减速器柔轮冷滚工艺及残余应力数值模拟

针对柔轮工作性能的特殊要求,分析并优化了传统柔轮冷滚压工艺模型,柔轮采用双圆弧齿廓曲线模型;依据修正的Johnson-Cook本构模型建立柔轮冷滚压成形有限元模型并加以验证。仿真结果表明,采用该模型能得到清晰的双圆弧齿形和较均匀的等效应变分布。文中还分析了不同工艺参数(进给速度、滚轮转速及摩擦系数)对柔轮轮齿表面残余应力的影响,结果表明:增大进给速度会降低轮齿表面的残余应力最大值,过大的进给速度会造成"凸起";适当降低滚轮转速和进给速度,可提高残余应力分布的均匀性;摩擦系数与残余压应力分布深度正相关.     

基于AM60镁合金超精密车削残余应力仿真及实验

为改善AM60镁合金超精密车削加工工艺方法,采用金属切削理论和有限元分析法对超精密加工进行微米级仿真,建立三维有限元模型,并利用Advent Edge软件对残余应力进行仿真分析,研究切削参数对残余应力的影响规律,为验证仿真的结果,对AM60镁合金压铸件进行车削加工,并利用X射线衍射仪对已加工工件表面残余应力进行测量。仿真结果表明:单点金刚石刀具具有的超高导热性,对残余应力分布的热效应起到了一定的抑制作用。工件表面残余应力随着切削深度的增大而减小,随着切削速度的增加而增大。切削进给量对残余应力的影响最明显,切削速度及切削深度影响较小。通过实验测量结果对仿真结果进行验证,为AM60镁合金超精密车削工件表面残余应力的控制打下一定基础。     

电火花加工表面喷丸残余应力场的有限元分析

喷丸强化作为表面改性技术,对增强工件实际应用,提高使用寿命具有重要意义.采用ABAQUS有限元软件,对电火花单脉冲放电和喷丸强化,在GH3039高温合金材料表层产生的残余应力场进行有限元分析,获得残余应力场的分布规律及残余应力沿层深方向上的变化规律,对电火花单脉冲放电一个脉冲周期后和喷丸强化后工件表面应力分布进行仿真分析.结果表明：电火花加工表面喷丸强化后的残余应力分布规律与理想表面喷丸相同,经喷丸强化后,工件表面残余拉应力明显降低,表层残余压应力有大幅提升,强化效果显著,表面对称轴处径向残余应力比喷丸前降低79.406％,最大径向残余压应力比喷丸前提高了339.143％.     

硫系玻璃非球面透镜的模压温度与应力研究

在硫系玻璃模压成形技术中,为确定适宜工艺参数和降低残余应力,提高模具精度和玻璃表面成形质量,建立基于非线性有限元分析法的硫系玻璃非球面透镜的模压成形模型。采用二维轴对称模型分析,五单元的广义Maxwell黏弹性模型作为输入模型,通过此模型研究非球面透镜在不同温度下的热量扩散和应力分布情况,并研究模压后非球面透镜表面位移、速度、温度和残余应力的关系;再用仿真结论指导试验完成,得出红外硫系玻璃IG5非球面透镜模压的适宜温度为315℃左右,压造时间为60s。     

单粒磨削过程仿真与工件表面残余应力的离散度分析

基于有限元软件Deform-2D,建立了具有负前角特征的单颗磨粒磨削热力耦合有限元模型.仿真模拟了磨粒磨削工件时的温度场和应力场分布,分析了工件某点应力在磨削过程中的变化情况及该点最终形成的残余应力.结果表明:随着磨粒负前角的绝对值增加,工件表面残余应力值增大,当磨粒负前角由-15°到-35°时,工件表面残余应力差值达到284 MPa;当磨粒采用负前角为-15°、-25°和-35°时,工件表面产生的残余应力标准差达到145.76 MPa.该研究证明了磨粒几何角度的随机性或离散性是影响磨削工件表面残余应力离散度的重要原因.     

7075-T6铝合金薄板激光对接焊温度场与残余应力分布

为了研究铝合金薄板激光对接焊温度场与残余应力分布,推导了考虑焊接深度的热流密度分布的修正函数.利用生死单元技术,运用ABAQUS软件、FORTRAN和PYTHON语言编写的子程序,建立了7075-T6铝合金薄板激光对接焊的有限元模型,获得了在不同时间点的对接焊温度场和残余应力分布,采用梯度网络提高了有限元模型的运算速度和计算精度.研究结果表明:建立的有限元模型能够快速、有效模拟铝合金薄板激光对接焊温度场和残余应力分布;残余应力存在误差的原因,可能在于激光焊接过程中,热源经过横截面时产生的剪切挠曲所致.试验结果同时也验证了有限元模型的正确性和可行性.     

剥层测量残余应力的修正

已加工表面残余应力以地机械零部件的功能行为有很重要的影响。然而，到目前为止，已加工表面层内残余应力的测量仍存在许多问题。本文提出了表面剥层时残余应力测量（用X射线法或剥层线性方程法）的修正方法及修正公式。通过对试验数据修正计算，结果表明，应用此方法可大大提高测量精度，本文为残余应力测量修正提供了理论依据。作者还讨论了已加工表面残余应力测量修正的必要性问题。     

基于热-力耦合磨削表层残余应力的仿真分析

为研究磨削后工件表面残余应力的分布特征需要先进行磨削区温度场的分析.通过建立磨削区温度场的数学模型和传热模型,应用ANSYS分析不同磨削参数对磨削区温度场的影响,仿真结果表明磨削深度对最高温度的影响最大.结合磨削过程中产生的磨削力,用APDL程序对磨削区的热-力耦合场进行ANSYS分析,获得工件在恢复室温时磨削残余应力大小及分布状态,揭示热-力耦合情况下对磨削表面残余应力形成的影响机制.通过残余应力试验对比试验结果和仿真结果,验证了仿真方法的有效性.     

小切深磨削表面微结构损伤机理及影响

针对小切深磨削条件下工件表面微结构损伤,理论分析了磨削残余应力与磨削微裂纹之间的关系;运用有限元仿真分析法,获得不同磨削条件下45钢工件表面残余应力的数值及其分布云图,并分析不同磨削深度和冷却条件对其磨削残余应力的影响.最后基于不同的磨削条件,对45钢试件进行磨削试验,通过测量不同试件的表面残余应力,验证仿真结果的正确性;同时,通过观测不同磨削参数下的试件表面SEM图,研究不同磨削表面的微结构损伤.试验结果表明,采用适当的磨削参数和条件可以有效减少和避免磨削表面微结构损伤.     

网架焊接空心球节点残余应力实测及数值模拟

为了研究焊接空心球节点中管球连接焊趾处残余应力的分布规律和数值大小,采用盲孔法对球面焊趾和管面焊趾处的焊接残余应力进行测定。得到焊接残余应力数值大小和分布规律。并采用Visual-Environment有限元模拟软件得到焊缝处温度场和残余应力场,以及残余应力分布曲线。结果表明:焊接残余应力在整个焊接空心球节点上呈周期性、随机性的特点,两者规律性吻合良好。同时,由有限元分析结果可知球面及管上均存在残余拉应力及残余压应力,并且在整个试件上焊接残余应力处于自平衡状态。研究结果将为后续研究焊接空心球节点网架结构的疲劳性能奠定基础。     

不锈钢板翅结构钎焊残余应力三维数值模拟

利用有限元软件ABAQUS，对错流不锈钢板翅结构钎焊残余应力进行三维数值模拟，对模拟整个钎焊过程的方法和只模拟冷却过程的简化方法进行了比较．结果表明：由于镍基钎料BNi-2和304不锈钢母材热膨胀系数的差异，在钎焊接头处产生了较大的残余应力．2种分析方法所得的残余应力结果相差不大，残余应力主要在冷却过程中产生．因此，对板翅结构真空钎焊残余应力进行数值模拟，可采用只模拟冷却过程的方法，节约分析时间和成本．     

具有金属内衬缠绕压力容器成型全过程应力场分析

基于具有金属内衬复合材料缠绕容器缠绕、固化和预超压3个制造工艺过程的特点,提出一种温度参数当量法模型和虚实单元分析策略,以模拟在缠绕预张力工艺中的力学行为．根据固化反应动力学理论和热传导理论,对具有金属内衬的复合材料纤维缠绕压力容器在固化工艺过程中瞬态温度、固化度和热应力场分布及其变化规律进行了数值分析．采用经典塑性理论为基础的非线性有限元方法,预测了预超压工艺后容器复合材料缠绕层和金属内衬内残余应力场的分布．以一典型的具有金属内衬复合材料纤维缠绕压力容器为例,讨论了在3个工艺过程中工艺参数对容器内应力场分布的影响．结果表明：适合的工艺参数能够提高压力容器的承载能力．     

基于仿真的选区激光熔化工艺结构变形补偿设计优化

针对选区激光熔化工艺中残余应力造成的变形缺陷问题，介绍了一种基于有限元仿真的选区激光熔化工艺的结构变形补偿设计优化方法.以螺旋桨结构成型为例，首先建立了宏观尺度上基于有限元方法的热-力耦合仿真模型，然后分析了成型零件中的残余应力与变形分布规律，并提出了利用变形场反馈调整零件设计的几何结构的方法，通过多次反馈迭代，实现了成型后零件变形几何与期望几何之间的形状误差逐步减小.数值试验结果表明:经过变形场反馈调整4次，成型后的螺旋桨结构相较于期望几何结构的最大形状误差下降了94%；同时也发现，设计迭代过程中，零件成型后的残余应力与实际变形基本不变.      

数字图像相关技术在多孔气凝胶基复合材料弹性力学常数识别中的应用

采用数字图像相关技术（digital image correlation,DIC）结合有限元模型修正技术（FEMU）,通过2维编织高铝纤维增强多孔气凝胶基复合材料正轴及偏轴拉伸实验,同时识别获得了材料面内多个工程弹性常数.通过力学实验结合有限元数值虚拟实验,研究了识别过程中目标函数构成、优化方法、参数初值、位移场随机误差水平对识别结果和效率的影响.研究表明针对2维编织多孔气凝胶基复合材料,选取DIC实测位移和有限元数值计算位移的方差作为目标函数,通过L-M非线性最小二乘优化方法,计算参数敏感度矩阵,可同时识别获得多个加载面内材料力学性能参数,识别效率高,识别过程对参数初值、位移场随机误差水平不敏感,鲁棒性好.      

材料残余应力对硬度测试影响程度的分析

测试了材料在残余应力下的硬度,分析了残余应力影响下的弹塑性本构关系,并进行了有限元计算,实验结果和计算结果吻合程度较高,说明有限元分析正确,在此基础上,定性定量地分析了残余应力对于硬度的影响,建立了硬度与残余应力之间关系的拟合函数公式。研究结果表明:残余拉应力对硬度影响明显,而残余压应力对硬度影响较小;载荷大小和残余拉、压应力程度影响压痕周围弹塑性变形从而产生隆起量或下沉量,引起压痕深度、接触面积的变化,影响硬度测量值。     

碳化硅空间用反射镜坯体残余应力的研究

采用反应烧结工艺制备了碳化硅空间用反射镜坯体.通过X射线衍射方法,测定了碳化硅空间用反射镜坯体的残余应力.结果表明,反射镜坯体镜面存在较大的残余应力,测量值具有一定的随机性,测量误差与测量值具有一定的相关性.采用有限单元法计算了反射镜坯体的热残余应力,通过对比验证了测试结果可靠性.     

高强度U肋加劲钢板残余应力测试及模拟分析

为研究Q420级高强度U肋加劲钢板纵向焊接残余应力分布特点及影响因素,利用切割法对U肋加劲钢板进行了纵向残余应力测试,通过三维实体热弹塑性有限元模型和单元生死技术模拟了焊缝填充和焊接过程,比较分析了高强度钢和普通强度钢的残余应力分布特点,探讨了母板厚度及U肋的厚度、间距、宽度、高度对加劲板焊接残余应力的影响.研究结果表明,U肋两侧的焊接先后顺序并不影响加劲板的残余应力分布;非焊接区域残余压应力峰值和分布特点与板件材料的屈服强度基本不相关;板件厚度、U肋顶宽和U肋高度是影响高强度U肋加劲钢板焊接残余应力的主要因素.     

铁磁屏蔽对脉冲涡流检测的影响机理

针对脉冲涡流进行缺陷检测经常受到激励磁场和背景磁噪声干扰的问题,提出对缺陷处进行铁磁屏蔽的方法。在脉冲涡流检测中的磁屏蔽理论分析基础上,建立了脉冲涡流检测的有限元仿真模型。仿真表明:对于铁磁性构件,铁磁屏蔽能够使感应涡流尽可能地分布在缺陷附近,该措施减弱了检测信号的幅值,但对于不同深度的缺陷能够更好的辨别,能有效提高缺陷检测的灵敏度。根据有限元仿真结果,制作了铁磁性材料的磁屏蔽罩。实验表明:在铁板的表面,铁磁屏蔽能有效提高其检测信号灵敏度,而在铁板亚表面,灵敏度获得的提升较小。