激光冲击Johnson-Cook模型材料参数优化

采用Abaqus有限元软件,建立激光冲击718镍铬合金诱发的残余应力场非线性弹塑性有限元模型,实现激光冲击强化残余应力场的数值仿真.通过仿真分析及试验结果对照,说明以Johnson-Cook模型作为本构关系是可行的,激光冲击能形成残余压应力层,提高疲劳寿命,但由于应变率的差异,必须对JC模型材料参数进行优化,才能取得较精确的结果,并从激光功率密度对残余应力场的分析进一步加以验证.结果表明,提出的JC模型材料参数优化方法简单易行.     

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.     

7050铝合金激光冲击强化的试验和数值模拟

依据激光冲击强化7050铝合金的试验,建立激光冲击强化的有限元模型,实现激光冲击强化的数值模拟,残余应力场的数值模拟结果与试验结果取得较好的一致.在不考虑各冲击参数之间交互作用的前提下,模拟研究冲击参数对残余应力场的影响.模拟结果表明:在激光功率密度小于一定阀值条件下,表面残余压应力最大值随激光功率密度增加而增加,超过阀值之后,表面残余压应力最大值减小;表面残余应力最大值和残余压应力层深度随着脉宽的增加而增加;通过增加光斑半径对残余压应力场的改善主要体现在对深度方向残余应力场的改善;多次连续冲击强化对残余应力场的改善效果比较明显.     

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。     

沉积路径对激光增材制造结构件残余应力的影响

以H13工具钢粉末为原材料,使用激光金属沉积技术快速成形薄壁结构件.采用Fluent开发气体/金属粉末流计算流体动力学(CFD)模型,分析强制对流热损失参数.建立沉积过程热流本构方程,采用生死单元技术模拟金属沉积,基于APDL语言进行编译加载,实现激光金属沉积3D热-力顺序耦合有限元模拟.分析沉积路径对薄壁结构热分布和残余应力场分布不同模式的影响.结果表明:直壁结构拐角局部存在超过工件拉伸强度的残余拉应力,从而导致裂纹生成;与单向沉积路径不同,之字形沉积路径在沉积层中诱导不同符号的残余切应力;单向沉积壁温度梯度相对较低,其残余应力略低于之字形沉积壁,但成形结构件的整体质量较低;残余应力计算结果与实验测量值相吻合,可为特定零件几何形状沉积提供参考.     

气动冲击对顶板-U肋焊接残余应力的影响

为研究气动冲击技术对钢桥面板焊接结构残余应力场的影响,建立气动冲击处理顶板-U肋焊接有限元模型.首先对顶板-U肋焊接进行模拟,得到顶板-U肋焊接残余应力场的分布.焊接结果表明:顶板-U肋连接焊缝区域存在较大的残余应力,焊趾及焊根中部位置处存在较大的横向拉应力.在此基础上,建立气动冲击处理焊缝的动力学模型,研究冲击速度、角度和冲击头大小对焊趾附近横向应力的影响.气动冲击结果表明:气动冲击可以将焊缝处的残余拉应力转为残余压应力,形成半椭球形的压应力区,并通过试验对模型进行了验证.冲击参数中,冲击速度和冲击头尺寸对横向应力的影响较大,冲击速度及冲击头尺寸的增大,能提高压应力值大小及压应力区的范围.     

基于有限测点的铝合金板残余应力场重构研究

应力函数法可基于有限测点的实测结果重构出构件的全场残余应力,但其应力函数往往难以确定,且不易通过同一应力函数同时重构出多个残余应力分量的分布. 针对上述不足,发展了一种利用通用应力函数同时重构多个残余应力分量场的方法. 该方法构造双元傅里叶函数作为艾瑞应力函数,使用判定系数确定模型阶数,并根据实测散点值优化确定应力函数中的未知参数. 最后利用模拟三点弯实验的残余应力场验证了该方法的准确性,并将其应用于真实铝合金板的残余应力场重构. 结果表明,该方法能同时重构多个应力分量,且重构残余应力场具有较高的精度.      

同轴送粉激光增材工艺对温度场及应力场的影响

激光增材制造过程中金属零件能否顺利成形以及成形后组织性能的优劣直接取决于工艺参数的选择。为研究激光工艺参数对增材构件温度场和应力场的影响,本文研究基于顺序热-力耦合有限元方法对在304L基板上进行同轴送粉激光增材GH4169合金粉末的单道单层工艺开展数值模拟研究。在实验验证数值模型有效性的基础上,深入分析激光功率和扫描速度对不同区域的温度场和残余应力的影响,并探讨应力场与温度场之间的关系。在沉积层边缘区域,提高激光功率和降低扫描速度都会明显降低沉积层和基板在降温过程中的温度梯度,且该温度梯度与该位置的横、纵向残余应力呈明显的正比关系。在沉积层内部,扫描速度的变化对横、纵向温度梯度和残余应力影响微小,提高激光功率使得该区域的纵向温度梯度明显降低,但横、纵向残余应力略有增大,熔池中心区域的残余应力和温度梯度不存在明显的正比关系。     

花键冷敲成形本构关系研究

花键冷敲成形归结于材料的动态塑性变形过程,为了研究该过程材料动态响应特性,对三种常用冲击载荷下材料本构模型进行理论解析,并根据花键冷敲成形工艺参数对JC本构模型进行修正改进;通过三种本构模型在不同应变率和温度条件下的应力情况,使用流动应力预测值和实验值之差来评估模型误差值。最终结合成形过程物理机制、工艺参数和误差对比,结果表明:在大范围应变率和温度条件下,各本构模型均有其在一定范围内的适用性和精度,但对于花键成形应变率和温度范围内,PTW模型的误差率最小,能够较好预测金属流动应力。     

数值模拟外物损伤对疲劳寿命的影响

利用ANSYS参数化设计语言（APDL）对于外物冲击后的叶片模型循环应力场和剩余疲劳寿命的再分析。将冲击损伤作为初始状态,改变材料本构关系,重新施加疲劳循环戴荷,计算循环座力应变场和低、高周疲劳寿命,并与未受冲击的叶片疲劳分析结果进行了对比。     

Inconel 718微铣削加工表面残余应力有限元仿真

刃口圆弧半径和每齿进给量显著影响微铣削镍基高温合金残余应力,因此进行了基于ABAQUS的Inconel 718微铣削三维仿真研究.基于J-C本构方程模拟材料应力应变关系,得到相同单元在S11和S22两个方向的残余应力值,进而研究每齿进给量对表面残余应力的影响规律.进行Inconel 718微铣削实验,通过X射线衍射法测量不同每齿进给量切削过程中工件进给和垂直进给两个方向上的残余应力.进给方向的表面残余应力实测值与仿真结果最大误差为21.1%,平均误差为8.9%;垂直进给方向的表面残余应力实测值与仿真结果最大误差为31.0%,平均误差为12.3%,验证了Inconel 718微铣削加工三维有限元仿真模型的准确性.     

Inconel 718镍基高温合金铣削过程的数值模拟

在镍基高温合金Inconel 718的铣削过程中,切削参数对铣削过程中切削力、切削温度和切屑形态等影响显著.为了提高工件加工表面质量和加工效率,通过有限元分析软件ABAQUS建立镍基高温合金Inconel 718三维铣削模型,进行Inconel 718镍基高温合金连续铣削仿真分析,重点研究了不同切削条件下切削温度、切削...     

激光局部强化40Cr钢的缺口疲劳寿命分析

运用弹塑有限元法对４０Ｃｒ钢经激光局部强化前后材料的缺口局部应力应变场进行理论分析，对于强化层内存在的残余压应力按初应力考虑计及其对疲劳裂纹萌生的影响。建立其与萌生寿命之间的宏观规律，为强化材料的寿命估算提供依据。     

激光冲击强化对Ti2AlNb合金微观组织及残余应力的影响

Ti2AlNb(O-Ti2AlNb)具有优异的力学性能,在航空发动机方面有远大应用前景.激光冲击强化(Laser Shock Peening,LSP)是一种先进的表面改性技术,能够在材料表面诱导产生高幅值、大深度的残余压应力,改善材料微观组织,提高材料抗疲劳、高温氧化等性能.本文采用激光冲击强化对Ti2AlNb合金进行表面改性,并研究其组织演变、残余应力以及高温环境对性能的影响.结果表明:激光冲击强化能够显著减小Ti2AlNb合金近表面的晶粒尺寸.显微硬度由冲击前的350 HV提升到395 HV;在冲击区域近表面产生了约-377 MPa的残余压应力;而在高温环境中,由激光冲击强化所诱导的材料近表面残余应力随时间逐渐释放,在600℃条件下,残余应力释放较为缓慢;而在720℃条件下,残余应力迅速释放.     

预应力硬态切削加工中残余应力的数值模拟

航空轴承外圈的疲劳裂纹分析表明,套圈表面的残余压应力分布致使轴承表面接触疲劳寿命降低。预应力切削是一种能主动控制加工表面的残余应力状态的方法,它是通过预先给工件施加一个弹性范围内的张应力后再进行切削加工。针对预应力硬态切削的特点,建立了切削模拟的三维热力耦合模型;分析研究了材料本构方程、任意拉格朗日-欧拉方法以及刀屑接触面的摩擦模型等切削模拟中的关键技术。最后,通过切削实验和有限元模拟,比较和分析了预应力硬态切削对加工表面应力状态的影响,证明了预应力切削方法能在加工表面产生残余压应力,从而提高加工表面的接触疲劳寿命。     

薄壁轴向微沟槽铜管高速旋压成形数值模拟

本文利用有限元分析软件MARC对薄壁轴向微沟槽铜管钢球高速旋压成形过程进行模拟,建立了简化的1/4旋转对称模型,并采用了更新拉格朗日算法和全局网格重划分技术,成功解决了模拟过程中的网格穿透和收敛问题.对薄壁微沟槽铜管的成形特征和残余应力、等效应力应变的分布规律进行了分析.结果表明,成形过程中,金属会出现回弹效应并由此产生凹口等缺陷;等效应力应变及三向应力应变沿轴向呈层状分布,表层应力超过材料应力极限导致铜屑产生,且易出现断管现象;沟槽底部的等效应力应变和残余应力大于齿顶与外表面.过大的残余应力容易造成材料脆化,进而产生粗糙形貌.该研究对优化成形工艺参数,抑制缺陷产生有着重要意义.     

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。     

激光喷丸成形金属板料的研究

激光喷丸成形金属板料是一种新技术.即用高功率短脉宽的强激光辐照板材,当激光诱导的冲击波幅值超过板材的动态屈服极限时,板材的表层产生了不可恢复的微观塑性变形,从而使板材在厚度方向上产生了不均匀残余应力而使板料发生宏观变形.板材变形的形状受激光脉冲参数、冲击次数、喷丸的轨迹以及板材的机械性能等多种因素影响.板料成形后,表面留有有益的残余压应力而延长了零件的疲劳使用寿命.