超声纵波法测试铝合金的内部应力

声各向同性的金属材料在应力作用下表现出声各向异性,这是用声弹性法分析材料内部应力的基础。用垂直于应力方向传播的超声纵波对LY11型铝合金进行测试。实验结果表明:材料在拉、压单轴应力作用下,超声纵波声速都发生了变化:声速随拉应力的增大而增大,随压应力的增大而减小;且声速相对变化率与应力呈线性关系,并拟合出相应的直线方程,直线斜率为铝合金纵波声弹性系数。通过实验提供了一种无损检测材料内部应力的方法。实验中用回振法测量声速,时间测试精确度可达10-11s,可精确测量声速的微小变化量。     

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.     

预拉伸铝合金板7075T7351内部残余应力分布测试

因残余应力而引起加工变形是飞机整体结构件制造的难题之一。运用裂纹柔度法测量了铝合金预拉伸板7075T7351的内部残余应力，分析了内部残余应力的分布规律，并测出厚度为40mm的板长度方向最大残余拉应力为18．3Mpa，最大残余压应力为17．9Mpa。     

7075铝合金拉伸残余应力数值模拟及实验测试

对7075铝合金板材淬火过程进行温度场和应力场的直接热力耦合数值模拟,获得淬火残余应力分布规律,在此基础上开展基于等向强化Mises屈服准则和Prandtl-Reuss塑性流动增量理论的铝合金拉伸过程数值模拟,仿真不同拉伸率对内部残余应力的消除效果,采用盲孔法对铝合金淬火及不同拉伸量拉伸后残余应力进行实验测量,结果表明对于厚12 mm的7075铝合金试件最优拉伸率为1.0%。同时根据不同拉伸率拉伸后铝合金板材残余应力分布规律的变化趋势可以看出,以不同拉伸率拉伸后铝合金板材表面和内部残余应力的消除效果具有相同的变化趋势。     

铝合金预拉伸板残余应力场的评估模型

针对铝合金厚板内部残余应力检测难、预测难、控制更难的问题,通过三因素三水平正交试验,运用裂纹柔度法检测了7075铝合金预拉伸板的内部残余应力,总结了其分布规律,根据厚板内部的应力分布特点,构造了应力分布线型函数;运用非线性回归技术,建立了关键点应力值与淬火板表面应力的关系,构建了预拉伸板残余应力场评估模型.结合测试得到的淬火板表面应力和回归得到的关键点应力值,重构预拉伸板残余应力场.对某厂生产的预拉伸板进行的残余应力评估表明,该模型具有较强的工程实用性.     

面向超声喷丸的纵弯复合换能器设计与分析

为解决当前超声喷丸枪在狭小空间内难以加工壁板的问题,设计了一种纵弯复合模态的夹心式压电超声喷丸换能器.采用COMSOL仿真软件,对换能器进行模态分析,计算得到纵振和弯振的谐振频率,并改变尺寸使换能器在2种模态下均呈现较大的振幅.采用多普勒测振仪对换能器工作端面扫频,纵振与弯振振幅分别为1.0和0.8μm,经匹配后振幅各增长了40%和50%.利用激光位移传感器测得2种模态下撞针振幅均可到达1.2 mm.同时,对2024-T351铝合金板件进行了超声喷丸成形试验,并采用X射线法对喷丸后板件中的残余应力进行了检测.超声喷丸成形试验和残余应力检测表明,板件喷丸后发生不同程度的变形,且板件中的残余压应力最大可达250 MPa,验证了纵弯复合换能器的有效性.     

冷压缩法消减7A85铝合金锻件淬火残余应力研究

为研究冷压缩法对7A85铝合金淬火残余应力消减效果,通过实验获得7A85铝合金的比热容、热传导系数、热膨胀系数等热物性参数,利用ABAQUS有限元软件对7A85铝合金试件进行淬火及冷压缩变形工艺仿真,研究淬火及冷变形工艺参数对试件残余应力的影响,对7A85铝合金试件淬火与冷压缩变形工艺进行实验研究,采用X线衍射仪分别测试试件淬火及冷变形后的残余应力。研究结果表明:当冷变形量为1%时,冷压缩法可降低试件约70%的淬火残余应力,随着冷变形量的增加,残余应力变化较小,表现出与拉伸法消减残余应力不同的变化特征。实验与仿真分析获得的残余应力绝对误差在40 MPa以内。     

螺栓应力超声测量方法的改进

利用超声纵波声弹性方法测量螺栓紧固应力,必须知道无应力时超声波在螺栓中的传播时间,这给实测紧固应力带来困难。本文采用纵波和横波声弹性相结合的方法可以消除这个限制。另外,对环境温度、螺栓形状等实际因素的影响也进行了实验研究。     

不同淬火工艺对7075铝合金厚板残余应力的影响

对7075铝合金厚板进行固溶处理后,分别采用浸没淬火和喷淋淬火再进行预拉伸处理。运用裂纹柔度法检测2种淬火板和相应的预拉伸板内部的残余应力,研究不同淬火工艺对铝厚板残余应力产生和预拉伸后重新分布的影响。研究结果表明:淬火速率越大,铝厚板内产生的残余应力也越大,浸没淬火试样的残余压应力和残余拉应力分别比喷淋淬火试样的残余压应力和残余拉应力大60%和73.6%;经过预拉伸处理后,淬火应力得到极大消减,残余应力被控制在±20 MPa以内,满足后续加工的要求;当拉伸量为1.8%,2.2%和2.5%时,残余应力的消减效果相当。     

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。     

铝合金预拉伸厚板内残余应力分布的测量

因残余应力而引起的加工变形是飞机整体结构件制造的难题之一．文中针对铝合金预拉伸厚板的特点，提出用改进剥层应变法来测量内部残余应力，并运用弹性力学理论进行推导，得到了应力一应变关系矩阵．随后对典型航空用铝合金预拉伸厚板7075T7351的内部残余应力进行了测量，并对测量结果进行了分析和比较．结果表明，文中提出的方法能有效地解决厚板内部残余应力测量的难题．     

声弹性螺栓应力测量影响因素

为了分析声弹性法螺栓应力测量中的影响因素,从固体质点声弹性理论入手,在模型中加入质点受力形变因素,建立质点时差法应力测量模型;针对螺栓结构建立不同轴向预紧力下应力分布,获得超声传播路径上的应力分布表达式,建立不均匀应力下的螺栓声弹性测量模型;设计应力不均匀区占超声路径比例不同的实验,采用基于ZnO压电薄膜的方式激发超声,压电薄膜溅射于螺栓表面,避免使用超声耦合层引入的测量误差,得到应力不均匀区与测试误差的关系;进行螺栓反复拉伸后声弹性测量的重复性实验,验证材料性质与螺栓应力测量的关系。研究结果表明,超声时差与应力呈线性关系;声弹性系数由螺栓的弹性模量、泊松比以及螺栓长度决定;不同应力非均匀区占比的螺栓应力测量误差相同,初始误差小于2%;螺栓反复拉伸后,声弹性螺栓应力测量误差变大;应力分布不会产生测量误差,测量误差来源于材料的非均匀性;经过拉伸后的螺栓,材料中的缺陷和错位增大,增强高频超声的散射,引起应力测量误差变大。     

基于模流分析的花洒本体残余应力的改善

为解决因壁厚差异导致的残余应力过大而致使花洒本体在后续电镀工序中产生的开裂问题,结合模流分析法,提出花洒本体结构的优化方案,在可接受范围内减薄肉厚,保证制品肉厚分布均匀,减小残余应力。实验表明,优化后的产品残余应力明显下降,残余应力较高区域的数值已从原产品的17.796 MPa降至9.013 MPa,残余应力平均值从0.87 MPa降至0.66 MPa。实际生产印证了此优化方案的可行性和有效性。     

基于ANSYS的铝合金厚板淬火过程热力耦合数值分析

基于ANSYS的参数化设计语言和用户界面设计语言,建立铝合金厚板淬火过程的热力耦合分析模型,实现模型的参数化和分析过程的流程化,探讨铝合金厚板在淬火过程中的应力变化和淬火后的残余应力分布规律.研究结果表明:在淬火过程中,铝合金厚板面部金属经历了由受拉状态到受压状态的转变,心部金属经历了从受压状态到受拉状态的转变,残余应力具有面部为压应力、心部为拉应力的空间分布特征;残余应力随着铝合金板厚度的增加而增大,当厚度增加到一定值(80 mm)时,厚度的增加对残余应力的影响不明显;残余应力随表面换热系数的增加而增加,表明通过改进淬火工艺能获得较小残余应力;以铝合金板与冷却水间的热交换达到平衡时的时间作为时间步,适合于铝合金厚板热力耦合作用过程的分析计算.     

7050-T7451板孔冷挤压强化有限元分析

为进一步研究芯棒结构对孔板的残余应力和孔壁平均变形的影响,采用正交实验法,利用有限元软件ANSYS对7050-T7451铝合金三维模型进行了孔挤压模拟,探究了前锥度、后锥度、过盈量和摩擦因素四因素分别对孔板的残余应力和孔壁平均塑性变形的影响,分别在平均变形和残余应力双指标下,得出两组最优参数,通过有限元仿真,验证了最优参数组.结果表明:最优参数组,可以有效地降低残余应力值和平均变形.可见用正交实验法,多因素多水平条件下,对7050-T7451铝合金孔板仿真强化是可信的.     

超声冲击对7075铝合金残余应力及微观组织的影响

利用ABAQUS软件模拟超声冲击强化过程,分析残余应力场的形成过程及表层残余应力的分布规律;采用单因素试验法,研究超声输出电流和振动系统阻抗阈值两个工艺参数对表层残余应力的影响规律,利用X射线衍射(X-ray diffraction, XRD)残余应力测试仪测量残余应力大小和分析残余应力分布规律,并与有限元分析结果进行对比,验证有限元模拟的合理性。在工具幅值为10μm,频率为28 kHz时,7075铝合金经超声冲击强化后,软件仿真结果:表面形成残余应力层厚度约100μm,最大残余应力值为-574 MPa,出现在表层深度60μm处。试验结果:表面形成残余应力层厚度约120μm,最大残余应力值为-330 MPa,出现在表层深度40μm处,仿真结果数值大于试验结果,但趋势保持一致。恒流源超声冲击强化中,电源输出电流及振动系统阻抗阈值对残余应力的大小和分布均有影响,其阻抗阈值的影响与仿真中幅值的影响更接近;在同样输出电流下,提高阻抗阈值可以在铝合金表层获得较大的残余应力,而阻抗阈值一定的情况,增大输出电流可以在铝合金较深层处获得较大的残余压应力。微观组织分析也直接反映了表面冲击强化的效果。     

奥氏体不锈钢焊缝裂纹高度测量技术研究

奥氏体不锈钢管道焊缝的超声相控阵检测中,双晶纵波超声技术是一种有效的检测手段,但在测量裂纹高度时会产生一定程度的误差.本文理论分析了产生误差的原因,利用奥氏体不锈钢试块不同深度的横孔进行了修正实验,总结了双晶相控阵的缺陷深度测量误差规律.之后在含自然缺陷的奥氏体不锈钢管道试块上进行了相控阵检测,测量了裂纹高度,对比了裂纹高度的直接测量值、修正测量值和设计值.结果表明修正后的裂纹高度误差范围由之前的-2.4～1.8mm变为-2～-0.2mm,误差均方根由1.61mm变为0.98mm,均有明显降低,修正后的结果更加接近裂纹缺陷真实高度,提高了检测精度.     

热处理对超厚板焊接残余应力影响的数值分析

基于ABAQUS软件的热弹塑性有限元程序,对390 mm超厚度20MnMoNb钢板拼焊制造EO反应器管板的焊接过程进行焊接残余应力与变形有限元模拟,考察焊后500℃热处理对板内残余应力与变形的影响。结果表明:超厚板焊态在焊缝及热影响区存在高度不均匀的残余应力,由于为了限制管板的变形,在板面上施压有配重,导致先焊面的残余应力较大,特别是在靠近表面的焊缝及热影响区附近存在残余拉应力峰值;后焊面的残余应力相对较小一些;焊缝内部为残余压应力;焊后管板发生了一端翘起的角变形;500℃热处理可明显降低厚板的焊接残余应力,且使应力分布趋于均匀,但热处理后焊接变形有所增大。     

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.     

厚板焊接接头残余应力和损伤分布的研究

对典型焊接方法下的厚钢板构件焊接性能进行实验和数值模拟研究.首先采用磁弹仪获得MP-σ标定曲线,通过磁弹性法测量得到厚钢板焊接接头残余应力;然后基于ABAQUS及其子程序DFLUX,模拟了厚钢板对接焊接全过程.对比数值模拟和实验结果表明:构件焊接接头纵向应力大于横向应力;沿Y轴的纵向焊接残余应力随着板厚度的增加而增加,厚度小于60mm焊件增加尤为明显.此外,本文耦合了焊接过程中的温度场、应力场,并考虑了积累损伤的影响,完成了焊接构件在低周往复荷载作用下的计算分析,结果表明,在低周往复荷载作用下焊接构件中的残余应力对累积损伤分布有较大影响.