前处理与超音速火焰喷涂金属陶瓷涂层对TC21钛合金疲劳性能的影响

为研究喷砂与喷丸前处理及超音速火焰喷涂(HVOF)WC-17Co金属陶瓷涂层对新型超高强度TC21钛合金疲劳性能的影响,利用旋转弯曲疲劳试验机研究了疲劳性能的变化规律,利用X射线衍射仪、表面粗糙度仪、显微硬度计、扫描电子显微镜和X射线应力测试仪等分析了前处理及涂层的基本特性与表面完整性.结果表明,喷砂与喷丸前处理均可以在TC21钛合金表面引入残余压应力;HVOFWC-17Co涂层与钛合金基材结合紧密,涂层硬度显著高于钛合金的表面硬度,但涂层的次表层存在一定的残余拉应力.喷丸能够显著提高TC21钛合金的疲劳抗力,主要归因于喷丸引入了表面残余压应力;喷砂对钛合金疲劳抗力无显著影响,此归因于喷砂引入的表面残余压应力与造成的表面缺口效应的相互抵消.TC21钛合金喷砂后进行WC-17Co涂层处理,其疲劳抗力较基材显著降低,此归因于HVOF过程的热效应极大地松弛了喷砂表面的残余压应力,WC-17Co涂层韧性低、含孔洞型缺陷、且有残余拉应力,以及喷砂造成的钛合金表面缺口效应的综合作用.TC21合金喷丸后进行WC-17Co涂层处理,其疲劳抗力较基材有所降低,但降低的程度比喷砂预处理试样小这是因为喷丸处理改善疲劳抗力的有利作用部分弥补了WC-17Co涂层及HVOF高温效应对疲劳抗力的不利影响.     

基于铝合金板材应力反求与应力评测的飞机结构件加工变形控制新方法

在飞机结构件的高速切削过程中,随着7075铝合金厚板的材料去除,残余应力释放成为加工变形的关键因素.因此,研究加工变形随毛坯初始残余应力释放的演化规律,是进行加工质量控制的核心环节和基础,对于实现加工过程的高效化和精密化至关重要.首先依据弯曲变形理论,推导出工件随材料去除而产生的加工变形力学模型,通过厚向逐层施加单位应力,利用有限元方法计算变形因子,将力学模型分解为变形因子与残余应力之积的数学形式.其次,将加工要求作为加工变形的控制限,结合残余应力的自平衡特性建立残余应力规范模型,采用夹逼原则这一数学技巧,通过引入单位变量将应力规范模型转化为齐次线性不等式组,提出应力规范模型的枢轴变换反求技术.最后,通过任意变量转化为两个非负变量之差的数学技巧,提出了毛坯的实测应力值为应力规范的解的线性规划判断方法,实现了加工变形满足加工要求的预先评估.通过枢轴变换和线性规划方法将被动的加工变形分析转化为主动的残余应力评测,为切削上游工艺提供合理的出厂应力标准,实现毛坯制备与切削工艺的有机结合.     

2A70合金试件高速铣削表面粗糙度的试验模型

采用正交试验法,研究硬质合金球头铣刀在高速铣削2A70合金时,每齿进给量、切削深度、铣削速度和行距等铣削参数对试件表面粗糙度的影响、通过对试验数据的极差分析和方差分析,得出了影响零件表面粗糙度大小的主次因素,建立了2A70合金试件表面粗糙度的趋势模型,用于预测产品表面质量,为指导企业生产实践提供了依据。     

基于切削力预测模型的复杂曲面铣削进给速度优化

针对复杂曲面恒定进给速度带来加工效率低下及表面质量差的情况,提出了基于切削力预测模型的铣削进给速度优化方法.首先,通过对刀位轨迹、曲面与刀具几何、刀/工切削接触区及动态切削厚度的分析计算,建立了多轴加工复杂曲面的切削力预测模型,从而得到了进给速度与切削力之间的映射关系.然后将给定的参考切削力与每个刀位点处的最大切削力之差的绝对值作为优化目标函数,通过Newton-Raphson迭代算法来调整原刀位点文件中的进给速度,以确保切削力的恒定以及机床系统的运行平稳.最后,以模型桨桨叶为对象,开展了相应的加工实验.实验结果表明:提出的优化方法使桨叶精加工的时间缩短了25%以上,表面残余应力和显微硬度得到增加,这对提高桨叶曲面的加工效率与改善加工表面质量具有明显的效果,从而验证了所提出的进给速度优化方法的有效性.     

可变后缘弯度机翼柔性蒙皮的刚度需求分析

建立了柔性蒙皮在气动载荷作用下的变形分析方法.翼型压力分布计算采用面元法,结构分析采用有限元方法.在此基础上,计算了柔性蒙皮在气动载荷作用下的变形情况以及变形对气动力的影响.数值结果表明:后缘部分的柔性蒙皮在气动载荷作用下被"吸"成鼓包形状;同时,翼型上表面压力在"鼓包"位置出现比较大的变化.采用Jacobs的蒙皮形变准则(蒙皮的最大形变量小于弦长的0.1%),计算和分析了可变形后缘弯度机翼对柔性蒙皮的刚度要求.计算结果表明:对于可变后缘弯度机翼而言,增大蒙皮弯曲刚度和拉伸刚度的比值可以减小蒙皮结构对拉伸刚度的要求.柔性蒙皮的最大形变量是随着其拉伸刚度的降低而增加,但增加的幅度取决于蒙皮弯曲刚度的大小;当蒙皮弯曲刚度大于某个值时,蒙皮的变形量由弯曲刚度来控制,拉伸刚度不在起作用,这对柔性蒙皮的结构设计具有重要的指导意义.     

铣削刀具破损检测的第二代小波变换原理

指出非平稳信号处理领域中第二代小波变换的本质是动态信号与基函数进行内积变换的数学原理,即通过信号与基函数的尺度函数和小波函数的内积运算,得到信号的分解与重构.利用第二代小波基函数振荡衰减和紧支性质,分析数控机床铣削加工过程中的声发射信号,有效地提取并识别出立铣刀破损状态特征以及对工件表面加工质量的影响,为故障诊断、误差溯源、质量控制提供科学依据.     

材料动态性能对高速切削切屑形成的影响规律

高速切削作为一门先进制造技术已经在工业生产中得到日益广泛的应用,对高速切削过程切屑形成机理的研究有助于进一步发挥高速切削技术的优势和促进高速加工装备的发展,同时可指导优化切削参数、控制切屑形态以改善加工表面质量.高速切削切屑形态变化是工件材料在不同切削载荷下表现出的动态力学性能差异所致.弄清楚高应变率下材料动态力学性能有利于揭示高速切削切屑变形与失效机理,同时高速切削实验的合理设计与应用可以成为材料在高应变率下动态力学性能的新型测试手段.本文以高速切削过程工件材料动态性能变化对切屑形成的影响为主线,结合我们在高速切削切屑形成机理方面多年的研究成果,对高速切削过程中工件材料的强度、塑脆性和微观组织变化等方面进行了综述分析.阐明了高速切削条件下碎断切屑形成的力学条件,指出了传统切削理论在应力状态对切屑变形和失效的影响机理、切屑微观组织演化等方面研究存在的不足,最后对未来的超高速切削切屑形成机理研究进行了展望.     

微生物细胞电镀磁性金属化研究

本文以钝顶螺旋藻细胞为模板,通过电镀工艺在其表面沉积磁性合金来制造螺旋形磁性微粒,对微生物细胞电镀磁性金属化工艺进行研究.通过光学显微镜、扫描电子显微镜、电子能谱、X射线衍射、振动样品磁强计等对电镀磁性化后螺旋藻的细胞形态、表层成分、相结构及静磁性能进行观察与分析.结果表明螺旋藻细胞经电镀处理后表面包覆上一层不含非金属相的铁磁性材料,实现了微生物细胞电镀磁性金属化,这为生物约束成形技术提供了新工艺.在金属化过程中,微生物形体保持良好,细胞表面镀层厚度均匀,镀层为面心立方结构的NiFe合金,颗粒具有软磁特性.此外,对微生物细胞电镀磁性金属化工艺过程的电化学反应机理进行了分析,表明NiFe合金在微生物表面的沉积为异常共沉积.     

高速动车组S38C车轴疲劳强度及剩余寿命评价

本文通过实验获得S38C车轴的残余应力场、基本力学性能和断裂性能,采用表面单位压力法及二次迭代,在实物车轴中重建出径向梯度分布的压缩残余应力,基于实测载荷谱进行含缺陷S38C车轴的剩余寿命预测.分析结果表明:残余压应力对裂纹扩展有显著的抑制作用,深度小于4 mm的初始裂纹不扩展;经典Paris方程和NASGRO方程估算寿命分别约为28.5万公里和89.3万公里.当深度大于7 mm时,裂纹扩展速率迅速增大,因此,把7 mm作为S38C车轴损伤容限分析止裂判据比较合理.研究方法和结果对于含缺陷表面强化铁路车轴的疲劳强度及剩余寿命评价具有重要意义.     

原位相变移热法制备聚对苯二甲酰对苯二胺及其工程放大研究

聚合反应过程的热量管理是影响聚合物品质以及工程放大成败的关键因素之一.本文通过在PPTA聚合过程中引入液氮,考察了PPTA在传统低温溶液缩聚法制备过程中,采用惰性传热介质液氮作为辅助移热介质时,对PPTA聚合过程及聚合物性能的影响.结果表明,在PPTA聚合过程中适量液氮的加入可提高其比浓对数黏度和热稳定性,改善PPTA的表面浸润性能,并且未对PPTA的化学结构、聚集态结构及液晶形态产生明显影响.在140,300及1000 L反应釜的聚合放大实验中所得聚合物的比浓对数黏度均在6 d L/g以上.     

一种高速铁路无砟轨道混凝土结构疲劳损伤模型

基于连续损伤力学理论和边界面概念,建立了高速铁路无砟轨道混凝土结构在循环荷载作用下的疲劳损伤模型.模型在主坐标系中采用了拉压两个边界面,根据加载面与极限断裂面、边界面之间的位置关系来计算高速铁路无砟轨道混凝土结构在复杂应力状态下的损伤,并由累积损伤与应变能释放率之间的关系确定循环加载中极限断裂面的变化规律.通过将该理论模型嵌入有限元软件ABAQUS的用户材料子程序UMAT,与同类模型进行比较验证了模型的可行性.最后对高速铁路双块式无砟轨道支承层进行了循环动荷载作用下的疲劳累积损伤分析.结果表明该模型不仅能够较好地反映支承层在循环荷载作用下疲劳损伤非线性演变规律,还可以展现其疲劳损伤分布形态的全过程,为研究高速铁路无砟轨道混凝土结构的疲劳损伤与寿命预测,提供了可行的理论分析方法.     

基于微小电极的气中电火花加工试验研究

为了解微小尺度电极的气中电火花加工性能,为进一步的气中微细电火花加工的深入研究进行必要的基础研究,本文在自行研制的加工装置上对气中小尺度电极的电火花加工工艺性能进行了研究.首先采用单因素法考察了微小尺度电极的气中电火花加工规律,并进行了正交试验研究,对实验现象进行了分析;最后进行了三维结构的电火花铣削加工试验.实验结果 表明,在一定的试验条件下,气中微小尺度电极电火花加工速度随着脉冲能量的增加而增加.在伺服条件不变的情况下,峰值电流和脉冲宽度是影响气中小尺度电极电火花加工速度及电极损耗的主要因素.实现了微小尺度电极的三维结构的加工,并在硅片上加工出了EDM字样.试验验证了进行气中微小电极电火花的可行性.     

路基上双块式无碴轨道道床板疲劳特性影响因素分析

以路基上双块式无碴轨道为研究对象,建立钢筋与混凝土纵向相互作用力学模型、双块式无碴轨道三维有限元静力学模型、列车-双块式无碴轨道垂向耦合动力学模型.根据轴向温度荷载、混凝土收缩荷载、温度梯度荷载及列车荷载作用下道床板混凝土及钢筋应力时程曲线,运用雨流计数法,得到耦合荷载作用下的应力谱.利用Miner线性疲劳累积损伤准则...     

一种基于微带天线的应变测量技术

结构在长期使用中常常会产生裂纹，裂纹萌生时的尺寸一般很小，不容易被发现；当裂纹被发现时，往往已经扩展，甚至接近临界尺寸，危及结构安全．由于裂纹主要产生在结构的应变集中处，所以对“关键区域”的应变进行监测可以作为裂纹萌生的表征．传统的应变测量技术很难满足长时间、低成本、快速检测等要求．为克服传统应变传感器的缺点，本文对基于微带天线的应变测量技术进行了可行性探究．微带天线的中心频率与自身尺寸有关：当其变形时，中心频率也会发生相应的偏移．因此，可利用微带天线中心频率的变化来表征应变．本文设计和制作了四种不同尺寸的微带天线，以探兖基于微带天线的应变测量技术，同时研究其影响因素．将天线黏附在悬臂梁上，并在悬臂梁自由端处施加载荷，进行应变测量实验．通过矢量网络分析仪得到回波损耗S-一曲线，并获得应变与微带天线频率偏移的关系．分析结果显示，应变与中心频率偏移之间存在近似线性关系，可利用微带天线测量应变．     

Sn及Sn合金的微观断裂行为

微电子系统中互连尺寸的微细化使构成焊点的钎料合金的力学性能成为影响电子封装与组装产品可靠性的关键因素。因此,在微米及纳米尺度深刻掌握Sn基钎料合金的断裂行为对于更好地预测焊点可靠性具有重要意义。本文针对100Sn、63Sn37Pb、96.5Sn3.5Ag三种Sn及Sn合金,在进行力学性能测试和显微组织分析的基础上,考察了Sn及Sn合金在微米尺度上的动态断裂机制,以及纳米尺度上裂纹尖端的真实物理过程,阐述了Sn基体、含铅Sn合金和无铅Sn合金三者互有关联又各有不同的微观断裂行为特征。     

基于铁基纳米晶薄片状吸收剂的吸波涂料制备

采用高压水雾化工艺制备的Fe合金粉为原料，经高能球磨处理和后续真空退火处理制备薄片状外形和纳米晶微结构的Fe基合金吸收剂；选用改性聚氨酯为胶粘剂，以Fe基合金吸收剂为填料制备吸波涂层；并对Fe基合金吸收剂的微波电磁参量和吸波性能做了测量和分析评价。结果表明，基于铁基纳米晶薄片状吸收剂制备的吸波涂料在0．5～18GHz的微波宽频带具有良好的吸波性能（小于-10dB），可以应用于民用抗电磁辐射干扰和军事隐身技术领域。     

混凝土材料三维弹塑性本构模型

非线性统一强度准则将材料的强度特性分解为4个相互独立的因素,由4个材料参数分别描述,在主应力空间内的强度面连续光滑,存在连续的偏导数.本文将非线性统一强度准则作为屈服函数,以塑性剪应变的函数作为硬化/软化参数,硬化/软化函数参考单轴压缩条件下的应力应变关系给出,建立了混凝土材料的非线性统一弹塑性本构模型.通过混凝土材料单轴、双轴和三轴试验结果对本构模型的验证,以及偏心受压构件试验结果对数值模拟结果的验证表明,所建立的非线性统一弹塑性本构模型可较好地描述混凝土材料的三维变形与强度特性,并可反映应变软化特性,将模型用于数值计算时易于获得收敛解,且具有较高的精确度和计算效率.     

改善复杂形状的热成形先进高强钢汽车结构件成形性的工艺开发和机理分析

针对具有形状要求的先进高强钢(AHSS)汽车结构件热成形时经常发生破裂现象,从其各处分布的不同应力方式对样件微观结构、厚度分布和力学性能影响作用存在差异的角度分析,首次利用高速加热炉、急冷处理室和带有冷却水道模具的一体化实验设备,通过在冲压前设计急冷处理新方法,即由现有工艺的奥氏体化后直接冲压成形,转变成先经急冷处理,然后到700°C左右成形,其目的是:使得样件上以拉应力为主的加载区,因具有较好硬化指数n值而获得较好成形性;以压应力为主的某些抑制马氏体相变区域,因提前的急冷处理而在微观奥氏体母相中增加马氏体新相形核的几率,获得致密的组织结构,以改善强韧性.实验证明,通过冲压前的急冷处理,样件更为完整,未出现开裂现象;微观具有明显细化的马氏体排列形态;宏观硬度分布均匀,且都在460 Hv以上,能够满足高强度、高韧性的性能要求.从而,验证了该急冷方法的科学有效,并突破了国内现有热成形AHSS易开裂的瓶颈问题,为建立我国自有知识产权、复杂形状的热成形AHSS结构件生产工艺路线提供了依据.     

商用车驱动桥壳的疲劳分析

运用CATIA建立某型商用车驱动桥壳的实体模型，利用Hypermesh划分网格，参照标准QC—T533规定的台架试验方法，对桥壳进行弯曲刚度、垂直静强度有限元仿真计算。通过量化分析应力集中、尺寸及表面加工情况等疲劳影响因素，引入疲劳寿命仿真分析。依据QC．T534规定的评价方法，桥壳上述指标均符合国家标准，仿真结果与试验结果一致。同时指出桥壳存在问题，为下一步优化指明方向。