相控阵纵波超声法检测铝合金内部应力的实验研究

铝合金材料在航空航天、汽车制造、船舶制造等领域广泛应用，其制造和装备过程中的载荷应力和残余应力会直接影响铝合金构件的机械性能和疲劳寿命。为评估铝合金的内部应力，文中基于声弹性原理，研究相控阵纵波检测技术，应用纵波传播时差法构建铝合金内部应力的检测方法；搭建相控阵纵波超声检测应力的实验系统，开展标定实验，获得铝合金内部应力与纵波传播声时差的关系式，得到超声传播声时差与内部应力之间的线性关系，在0～286 MPa的拉伸应力范围内，5 mm和3 mm厚铝合金板平均应力的标定绝对误差不超过2.85 MPa和10.82 MPa，相对误差不超过2.36%和13.93%，两种规格铝合金板的最大相对误差都出现在应力小于28.58 MPa的范围内，表明在小应力测量时需提高超声测量的分辨率和精度；应用相控阵纵波检测系统对5 mm厚铝合金板试样进行检测，平均应力误差为（1.174±4.567）MPa，绝对误差小于9.42 MPa，估算得到初始残余应力为3.329 MPa。实验结果表明，相控阵纵波超声法对5 mm厚铝合金板平均应力的检测效果好，应用纵波传播时差法可以对应力类型、应力大小、残余应力进行检测，该技...     

用局部逐层去除法测量厚壁圆筒的内部残余应力

采用局部逐层去除法对厚壁圆筒热处理后的残余应力进行测量,拟合得到了圆筒轴向和环向残余应力的分布规律。结果表明,局部逐层去除法能有效地得到厚壁圆筒热处理后内部残余应力的大小及分布;厚壁圆筒热处理后的轴向残余应力在焊缝区域为压应力,内、外表面距离焊缝较远的区域为拉应力,且拉应力的最高值出现在厚壁圆筒接头的外表面热影响区附近,内部为压应力;厚壁圆筒热处理后环向残余应力在焊缝区域为拉应力,峰值出现在圆筒内部靠近内表面一侧,焊缝周围的母材区域为压应力。经过焊后热处理,厚壁圆筒的残余应力总体水平相对较低,环向残余应力和轴向残余应力均降至100MPa以下。     

拉压组合法消减铝合金环形件淬火残余应力研究

针对环形件淬火残余应力突出的问题,提出一种消减淬火残余应力的新方法即拉压组合法。该方法通过沿环形件内侧45°方向施加压力,同时产生拉伸和压缩的效果。利用ABAQUS有限元软件对7085铝合金环形件淬火残余应力及拉压组合法进行数值仿真。进行拉压组合法消减铝合金环形件淬火残余应力工艺实验,采用环形件切口法来表征环形件应力的变化。研究结果表明:环形件淬火残余应力主要表现为集中在截面芯部区域的周向拉应力,最大值为46 MPa;当高度方向变形量为0.6%时,芯部残余应力降至10 MPa左右;随着压下量增加,芯部残余应力由拉应力变为压应力;施加0.6%变形量的环件切口由淬火时内缩2.26 mm变为张开0.34 mm,实验结果与仿真结果一致。     

高强铝合金厚板淬火残余应力数值分析

采用有限元分析方法,利用deform软件模拟分析了高强铝合金厚板的淬火冷却过程。获得了高强铝合金厚板淬火温度场、应力场和变形场分布规律。并利用点跟踪技术分析了厚板内部和表面不同位置的淬火冷却曲线、平均残余应力曲线以及沿长、宽和厚方向的三个应力分量分布曲线。结果表明,板件的残余应力主要决定于X方向的残余应力分量。厚板表面X方向的残余应力分量值达到最大,最大压应力值为-135 MPa;厚板内部X方向的残余应力分量值达到最大,最大拉应力值为156 MPa.     

基于ANSYS/LS-DYNA的V150油套管热矫直残余应力

基于有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA,建立V150油套管热矫直的三维有限元模型,研究矫直后环向和轴向残余应力的分布规律,并利用X线衍射法测最了矫直管内表面环向残余应力.结果表明:环向和轴向残余应力呈螺旋状分布,螺旋接触带与管体轴向成58°的夹角,与矫直辊倾角互余,相邻的2个螺旋接触带之间的距离约为350 mm,基本等于矫直管的螺距(349 mm);环向残余应力具有外拉内压规律,轴向残余应力外表面以拉应力为主,内表面拉压应力并存,压应力极大值出现在壁厚中部;矫直管内表面环向残余应力的实测值为-189～-489MPa,模拟数值为-130～-480MPa,两者吻合良好,表明建立的矫直模型是可靠的.     

激光冲击钛合金薄壁件动态响应及残余拉应力形成机制

为探究激光冲击薄壁件时残余拉应力的形成机制,利用ABAQUS软件对0.5mm钛合金薄壁件激光冲击条件下的冲击波作用规律和材料动态响应规律展开研究。结果表明,冲击波在薄壁件内反射时交替形成高数值拉伸波和压缩波,在压缩波和拉伸波的耦合作用下应力分布混乱并呈现"多峰"特点,形成了峰值为426 MPa、厚度达0.125mm的拉应力层,且最大残余拉应力位于表面处。基于冲击波反射规律揭示了薄壁件中残余拉应力的形成机制,并通过增加试件厚度以降低反射拉伸波强度发现5mm厚试件内最大残余拉应力仅为70 MPa,且表面处的拉应力转化为了压应力,从而提出了通过导波等方式控制应力波反射强度的薄壁件残余应力调控方法。     

钢基体电沉积Cu、Ni膜的残余应力及其在线测量

采用电沉积法在碳素钢基片上分别沉积Cu膜和Ni膜,用数码相机拍摄沉积不同膜厚时基片的弯曲状况,并上传到计算机计算出薄膜内的平均残余应力及分布残余应力.结果表明:Cu膜和Ni膜的平均残余应力和分布残余应力均为拉应力;当膜厚较小时(0.5 ～ 3 μm),Cu膜的平均残余应力和分布残余应力随膜厚的增加急剧降低,随着膜厚的进一步增加两种残余应力都趋于稳定;Ni膜的平均残余应力随着膜厚的增加而增加,分布残余应力总体趋势是随着膜厚的增加而增加.由实验结果可以认为Cu膜内的界面应力为拉应力而Ni膜内的界面应力为压应力,与基于Thomas-Fermi-Dirac-Cheng (TFDC) 电子理论的判断结果一致.     

QT700球墨铸铁曲轴的激光冲击强化试验

选用不同涂层对QT700曲轴激光冲击处理,研究激光冲击强化条件下,QT700曲轴的硬度和表面残余应力等力学性能的变化.发现在激光冲击过程中,黑漆涂层、铝箔涂层和硅酸乙脂涂层均能有效提高冲击试样的表面硬度和表面应力.经过激光连续冲击后,在曲轴试件表面能形成1.0 mm厚的硬化层,其表面硬度最大能达到590 HV.激光脉冲功率从2.8 GW/cm2提高到3.6GW/cm2时,轴颈表面残余压应力相应由326 MPa提高到495 MPa,两次冲击后提高幅值更大.     

激光冲击处理对小孔构件残余应力场的影响

采用高功率 Nd：glass 激光器对 LY12CZ 铝合金小孔构件表面进行激光冲击强化处理,并对冲击区域进行残余应力场的测试与分析。结果显示,在激光功率密度为1．75 GW/cm2和光斑直径为6 mm 的强激光冲击作用下,冲击区域产生了残余压应力场,层深约1．2 mm,表面最大残余应力为-57 MPa,厚度方向上最大残余应力为-36 MPa。优化后的激光冲击处理工艺参数能够获得较好的残余应力场。     

淬火方式对高硼合金组织及力学性能的影响

为获得性能较优的马氏体基体同时避免过大残余应力的形成,研究了淬火方式对高硼合金组织、力学性能及残余应力的影响。采用空冷和油冷两种淬火方式调控合金基体组织和残余应力,进而分析了合金在不同淬火方式下的力学性能和残余应力的变化规律。实验结果表明:热处理后,基体由珠光体转变为马氏体,进而促使合金宏观硬度从铸态下的HRC42.73提高至空冷下的HRC55.31和油冷下的HRC57.18,增幅分别为29.44%和33.82%,同时合金中残余应力从铸态下的-307.66MPa增至空冷下的-407.35MPa和油冷下的-462.21MPa。与油冷方式相比,空冷方式下合金宏观硬度虽略有降低,但形成的残余应力较小,进而降低了合金的淬裂倾向。综上所述,在空冷方式下,高硼合金既可获得较优的力学性能又可避免过大残余应力形成,显示出更优的性价比和应用前景。     

基于SolidWorks与Workbench的纤维过滤器壁厚优化设计

为满足煤矿设备轻量化要求,改善设备应力分布状况,对一些关键的机械设备进行优化设计。本文以矿用净水站纤维过滤器为研究对象,采用SolidWorks进行参数化建模,在力学计算模块Workbench中计算纤维过滤器在静载作用下的最大应力值,利用Screening筛选优化法对过滤器球罐的外壁厚进行优化设计。仿真研究结果表明:在承载压力相同的条件下,纤维过滤器下部圆筒壁厚从12 mm优化至11.2 mm,壁厚降低了6.67%;上部球形储罐内径从550 mm优化成555.77 mm,壁厚减薄了5.77 mm,过滤器球罐总质量从优化前的553.15 kg降至392.79 kg,减少了约29%,结构轻量化优化效果明显。     

试验装置供水能力对花洒流量的影响

<正>花洒(淋浴喷头)是一种以淋浴为目的能使水以小水滴或喷射状发散流出的装置,是普通居民家庭卫生间及公共浴室必备的用水终端产品。随着人们生活水平的提高,消费者不仅关注花洒的外形及功能,也越来越关注花洒产品是否节水,这对于贯彻我国节水政策,提升产品质量具有现实意义。GB/T 23447-2009《卫生洁具淋浴用花洒》[1]对花洒在动压0.10MPa和动压0.30MPa下最大流量值分别作了规定,其目的也是为了使花洒产品具     

注射成型残余应力的数值模拟

对注射成型过程中的残余应力进行了研究.针对注射成型的特点,采用线性粘弹性模型计算了注射成型过程中温度和压力引起的残余应力,充分考虑了保压压力和应力松弛对残余应力的影响,数值实现中采用了在时间上有限差分的计算方法.通过模拟计算平板形状制品残余应力在壁厚方向和流动方向上的分布及其在成型中的变化过程,深入讨论了注射成型过程中残余应力的形成机理和演变情况.实验证明了所提出的残余应力模型和计算方法的正确性与合理性.通过预测和优化注射成型中的残余应力,可以提高制品最终形状的尺寸稳定性和力学性能,对实际生产有一定的指导意义.     

交叉角焊缝的有限元模拟分析

采用HyperMesh对模型进行网格划分,利用生死单元法实现了对实际焊接过程的数值模拟,对不同方向焊缝的半封闭式箱型结构的进行了焊接温度和残余应力的数值模拟。模拟结果表明,焊接过程中峰值温度区间位于2 050～2 150℃之间;每道焊缝焊接完成后残余应力都会发生变化,第一道焊缝焊接完成后,残余应力最大为316.7 MPa;第二道焊缝焊接完成后,残余应力最大为281.7 MPa;第三道焊缝焊接完成并经过装夹释放后,云图中残余应力基本呈对称分布,且残余应力最大值为367 MPa,位于三条焊缝交叉处。     

双相不锈钢管道焊接残余应力参数的数值模拟

焊接残余应力一直为人们所关注，其大小和分布与焊接热源、接头形式和材料性能等多种因素有关，作者利用热弹塑性理论为基础的有限元数值模拟技术，对SAF2205双相不锈铜管道接头环焊缝残余应力进行有限元数值模拟，得到了管道内外表面残余应力的分布规律，即，在管道的焊缝及近缝区，内表面轴向残余应力是拉伸应力，外表面轴向残余应力是压缩应力，而内外表面环向残余应力都是拉应力；研究了不同的焊接线能量、管内径与壁厚比值R1／d和多层焊对焊接残余应力的影响，结果表明，残余应力受焊接能量变化的影响不大，外表面残余应力和内表面轴向残余应力部随着壁厚增大而增大，多层焊的残余应力有不同程度降低。     

Inconel 718合金喷丸残余应力场及应力松弛的研究

研究了Inconel 718合金喷丸残余应力场及在500℃、600℃保持过程中残余应力的松弛规律。采用钢丸、玻璃丸组合喷丸后，Inconel718合金表面压应力约为-570MPa，距表面0．1mm处压应力达到最大值约为-790MPa，距表面约0.55mm处压应力接近消失。采用玻璃丸喷丸后，表面压应力约-480MPa，距表面约0．06mm处压应力达到虽大值，约为-740MPa，距表面约0．4mm处压应力接近消失。喷丸后的高温保持过程中，残余应力部分发生松弛，应力松弛的动力学过程满足Zener-Wert-Avrami方程。     

激光冲击TC4残余应力场的试验及有限元分析

为提高钛合金的疲劳强度,采用Nd:Glass强脉冲激光对TC4钛合金表面进行冲击强化处理,采用X射线应力仪对冲击区的残余应力场进行测试,并采用ABAQUS有限元仿真软件对其残余应力场进行分析计算.结果表明,激光冲击使材料表面残留较大幅度的残余压应力,当激光功率密度为3 GW.cm-2时,表面残余压应力值高达400 MPa,残余压应力层的深度约为0.6 mm.有限元分析结果与试验测试值有较好的一致性.不同激光功率密度下残余应力场的有限元分析结果表明,激光功率密度大于1.6 GW.cm-2,冲击区将产生残余压应力,随着功率密度的增加,残余压应力增加并趋于饱和,分析结果可为激光冲击工艺参数的优化提供理论依据.     

厚壁型钢冷弯应力分析

以厚壁矩形钢管为研究对象,在冷作硬化实验的基础上,对厚壁型钢的塑性弯曲应力沿板厚方向的分布进行解析分析,对其冷弯回弹应力进行数值模拟,将弯曲应力和回弹应力叠加计算冷弯厚壁型钢沿板厚方向的残余应力分布。结果表明,变形外区拉应力由钢板外表面向中性层递减,变化幅度较大;变形内区压应力变化幅度较小;残余应力沿板厚方向近似线性分布;切向残余应力较大,最大值出现在板带的中性层附近。研究结果与相关文献给出的测量结果基本一致。     

采矿环境再造连续开采地压演化过程的控制与仿真

针对传统采矿方法回采缓倾斜中厚矿体时存在的诸如地压控制和采场矿石运搬等方面的困难,提出采矿环境再造连续开采采矿方案。运用三维有限差分程序FLAC^3D对回采过程中的地压演化规律进行模拟研究,得出各采场应力场和位移场的分布和变化规律,优化采矿工程结构参数和回采顺序,提出切实可行的地压控制措施。研究结果表明：随着开挖逐步推进,围岩位移不断增大,应力集中现象明显,最大压应力达54MPa,最大拉应力达3．9MPa,接近围岩的极限强度;在尾砂回填后,底鼓量下降5mm,最大压应力降至32MPa,表明应力场和位移场均得到改善,能确保回采期间采场的稳定。     

以顶面回弹模量为目标的铁路货场地基换填方法研究

【目的】提升软弱地基刚度,科学确定处置材料和厚度。【方法】依托广西百色东站货场堆场地基处置项目,基于弹性半空间和弹性双层体系理论,提出以顶面当量回弹模量为目标的刚度提升方法,对依托工程原地基处置方案进行评价和优化,并利用现场回弹模量测试结果验证刚度提升方法的有效性和合理性,同时对比优化方案和原方案的工程经济性。【结果】原地基处置方案地基顶面回弹模量无法满足设计要求,将原方案1.0 m厚的石灰掺量为30%的石灰改良土变更为0.8 m厚,并在其上部加铺0.2 m厚的级配碎石,可使地基顶面当量回弹模量由44.0 MPa提升至78.0 MPa,实测地基顶面回弹模量平均值约为79.0 MPa,优化方案在降低工程造价方面具有显著优势。【结论】研究成果可为地基处置和铺面结构设计提供参考。