不同喷丸工艺下残余应力沿深度的分布规律

利用X射线衍射法系统研究了16种不同喷丸工艺产生的残余应力。每个工件取4个不同位置测点,每测点在表面下250μm范围内取8个测试深度,采用电解抛光进行剥层,结果表明:国产弹丸最大残余压应力出现在表面下50μm处,影响层深150μm;进口弹丸最大应力出现在50~75μm处,影响层深为200μm;喷丸工艺中抛头转速与阿尔门值成正比,随阿尔门值增大残余应力略有增加,但残余应力最大值与阿尔门值之间没有定量对应关系;喷丸后残余应力的影响层深度与弹丸特性有直接关系,而与抛头转速无关。     

喷丸强化对NAK80钢表面完整性的影响

对析出硬化钢NAK80进行喷丸强化处理,测量了不同喷丸强度工艺下喷丸影响层显微硬度、表面残余应力沿层深的分布以及表面粗糙度,并分析了由喷丸引起的微观结构的变化,初步定性探讨了NAK80钢喷丸强化后表面完整性的改善。结果表明,NAK80钢对喷丸强度的要求不同于一般的钢,强度适当的喷丸强化可显著改善其表面完整性,而强度过高时将产生过喷效应,试验测得喷丸强化弧高值为0.40 mm.N时,NAK80钢具有良好的表面完整性能,喷丸影响层厚约为150~200μm。     

基于SPH耦合有限元法的喷丸残余应力场数值模拟

针对有限元方法不能有效模拟喷丸加工过程中大量弹丸反复冲击的现状,使用光滑粒子流体动力学法(smoothed particle hydrodynamics,SPH)耦合有限元法(finite element method, FEM)模拟喷丸强化过程。工件采用FEM建模,弹丸采用SPH建模,通过接触算法实现SPH和FEM的耦合以模拟弹丸对工件的强化作用。提出弹丸流的材料模型,分析了相关参数对工件残余压应力分布和能量利用率的影响。结果表明,随着弹丸打击次数的增加,工件表面残余压应力分布逐渐趋于稳定;高覆盖率能有效改善工件表面残余压应力分布,低覆盖率则会降低喷丸效果;适当提高弹丸速度虽然可以使残余应力层深度和最大残余压应力值增加,但会降低能量利用率。通过与相关实验数据的比较,验证了仿真模型和结果的正确性。     

对40Cr钢表层硬度残余应力及接触疲劳性能的研究

研究了表面淬火、离子氮化＋表面淬火的复合热处理以及复合热处理＋喷丸处理3种表面强化处理工艺对40Cr钢的表层硬度残余应力分布以及接触疲劳性能的影响,结果表明：经过复合热处理＋喷丸工艺处理的40Cr钢可获得最高的表层硬度和残余压应力,同时也表现出最为优异的接触疲劳性能。据此提出,高的表层硬度和残余应力能够有效地抑制接触疲劳裂纹在试样表面的萌生和扩展,因而可大大提高40Cr钢的接触疲劳寿命。     

Ti合金喷丸强化研究进展

概述了钛合金塑性变形和喷丸强化机理,同时叙述了钛合金强化层中的组织和残余应力,文中重点总结了喷丸强化对钛合金显微组织的影响,指出：喷丸形成的亚结构栅栏效应可显著提高构件的疲劳性能．     

Microstructure and properties of sputtered thermal barrier coatings

A 3 kW radio frequency (RF) magnetron-sputtering unit was used to produce zirconia ceramic coatings on hollow turbine blades and vanes, which had been deposited a NiCrAlY bond coat layer by cathodic arc deposition. The NiCrAlY coating surface was shot-peened, and the residual stress in the bond coat layer and the effects of heat treatment on the residual stress are presented. After shot peening porosities and microgaps disappear in the NiCrAlY bond coat, the whole depth profile is residual compressive stress. Coarseness tests show that the roughness value (Rz) decreases from 16.4 to 3.3 μm. The microstructure and phase composition of the coatings were investigated using electron probe microanalysis (EPMA) and X-ray diffraction (XRD). The results show that tho/NiCrAlY bond coat is composed of γ and Cr phases, and the Al2O3 scales are formed near the interface between the ZrO2 ceramic layer and the NiCrAlY bond coat. No degradation occurred to RF sputtered ceramic coatings after oxidating at 1150℃ for 100 h, heating at 1150℃ for 5 min and then air-cooling for 500 thermal cycles.     

Experimental Research on Laser Shot Peening to Form Aluminum Alloy

Laser shot peening forming is a novel technology, which employs residual stress induced by intense laser to shape precisely the plate. In this paper, the aeronautic aluminum alloy LY12CZ was selected as an object to research experimentally the magnitude of deformation versus numbers of laser shot peening, and surface quality in laser shot zone was also investigated. The specimen was impacted along its centerline by the high-power, short-duration pulses laser. The experimental results show that the arc height and hardness becomes greater with numbers of shot peening increasing and eventually arrives to saturated state, and surface roughness after laser shot peening decreases slightly and dislocation density increases greatly, which indicates that the laser shot peening is a technique combining laser shock processing and metal forming.     

锤击处理消除白口铸铁焊接残余应力的数值分析

根据锤击力作用的特点,建立了锤击消除焊接应力的有限元数学模型,利用该模型对白口铸铁焊补过程进行了实例分析;应用力学和金属学理论,探讨了锤击处理消除焊接应力的机制．研究结果表明：锤击作用在合适的规范下,可以有效的消除焊接残余应力,防止裂纹的产生     

考虑焊接残余应力的钢桥面板U肋焊接处局部应力分析

为研究正交异性钢桥面板的顶板与U肋焊缝连接处残余应力及与外荷载组合作用下的局部受力特征,针对宽体钢箱梁工程实例,基于热弹塑性有限元法对该焊缝的施焊过程进行了数值模拟,分析了焊接过程中温度场和应力场的变化；以初应力的方法实现了焊接残余应力与外荷载作用的组合。研究结果表明：面板下缘垂直于焊缝方向的残余拉应力峰值接近材料的屈服强度,远离焊缝的区域应力急剧减小,焊趾处的横向残余应力要明显大于焊根处；由面板上缘至下缘,纵向残余应力由压应力变为拉应力,横向残余应力呈现出“拉应力-压应力-拉应力”的交替变化趋势；以初应力的方式考虑残余应力,稳定应力场的相对误差可控制在5.0%以内；自重与二期恒载对焊缝区局部应力场的分布特征和焊根及焊趾处的应力极值的影响不大(1.7%以内)；外荷载中考虑局部对称轮载作用且未考虑焊接残余应力在外荷载作用下的消散情况时,焊根及焊趾处垂直于焊缝的横向应力极大值最大分别可增大10.7%、17.6%；焊接残余应力及与外荷载组合作用下,焊趾及焊根位置处沿面板厚度应力的分布符合“直线+抛物线”的规律。     

喷丸前后板簧脱碳表层的研究

汽车板簧常有使疲劳强度大幅度下降的脱碳层,而喷丸处理可以有效地改善其疲劳性能。目前用来表征板簧脱碳表面力学特性最常见的指标是Ｘ射线谱线的半高宽和显微硬度,该二参量不仅本身存在缺陷,而且二者给出的结果也不一致。采用Ｘ射线应力分析技术,可以获得金属表面的真实应力———应变关系,从而可以用表面屈服强度对板簧脱碳表面进行研究。采用逐级剥离方法可测得半高宽、显微硬度和表面屈服强度沿脱碳层深度的分布,测量结果表明,脱碳层严重软化,但上述３参量随层深的变化规律存在一定的差异。由于表面屈服强度直接反映材料抵抗塑性形变的能力,因此,表面屈服强度更能正确地表征材料力学特性的分布。     

motorcyclist and pedestrians.The mortality((1.97%))of the injure

d treated within 1hour after trauma was significantly lower thaoys residual stress induced by intense laser to shape precisely the plate.In this paper,the aeronautic aluminum alloy LY12CZ was selected as an object to research experimentally the magnitude of deformation versus numbers of laser shot peening,and surface quality in laser shot zone was also investigated.The specimen was impacted along its centerline by the high-power,short-duration pulses laser.The experimental results show that the arc height and hardness becomes greater with numbers of shot peening increasing and eventually arrives to saturated state,and sur- face roughness after laser shot peening decreases slightly and dislocation density increases greatly,which indicates that the laser shot peening is a technique combining laser shock processing and metal forming.     

Determination of residual stress distribution combining slot milling method and finite element approach

Residual stress plays a vital role in the structural strength and stability. The determination of residual stress at single-point has become mature at present. However, the method to determine residual stress distribution is still in shortage. For this problem, a finite element approach combined with slot milling method was developed in this study. In the method, firstly a slot is milled on the specimen surface to release the residual stress and then the released displacement field is measured by optical method, such as digital image correlation (DIC), finally the finite element approach is used to determine the residual stress distribution along the slot. In order to verify the feasibility of the method, it was applied to study the residual stress introduced by shot peening, mainly about the stress distribution along the direction vertical to the shot peened surface. Since the influence depth of shot peening was too small, we utilized focused ion beam (FIB) to determine the microscale residual stress distribution. The result measured by X-ray diffraction (XRD) demonstrated that the method was feasible to determine the residual stress distribution.     

新型空心球结构的压缩力学性能

提出新型空心球结构,该结构是将球体上穿孔的空心球按照体心立方体进行排列和连接.通过实验研究了3D打印的单胞和胞元组合结构的压缩力学性能,建立单胞结构的三维有限元数值模型,实验结果验证了有限元模型的有效性.通过数值模拟研究穿孔空心球壁厚和孔径对结构弹性模量以及初始屈服应力的影响.结果表明,单胞结构的变形行为包括弹性变形、坍塌变形以及结构的自接触行为;多胞组合结构的变形过程包括弹性阶段、大变形阶段以及致密化阶段,其中大变形是由结构的层层连续坍塌变形所导致的;结构的弹性模量和初始屈服应力随壁厚的增大而增大,随孔径的增大而减小;与壁厚变化相比,结构的力学性能对孔径变化更为敏感.     

高强埋弧焊接圆钢管多层多道焊接数值模拟

为研究高强埋弧焊接圆钢管纵向残余应力分布规律及影响因素,考虑了高强钢材非线性物理材料属性和焊接过程中的相变潜热,以均匀热源模型模拟第一道次熔化极气体保护焊(GMAW)热源,以双椭球热源模型模拟第二、三道次埋弧焊(SAW)热源,通过单元生死功能模拟焊缝生长过程,并在焊接荷载步间不断修正钢管与空气热传递的表面积,对3道次焊...     

钛合金的已加工表面残余应力的数值模拟

为了揭示高速切削对航空钛合金加工表面残余应力的影响，利用三维斜角切削有限元模型对钛合金Ti6Al4V的高速切削加工过程进行了模拟，获得了不同切削速度和不同切削深度下的已加工表面残余应力分布.模拟结果表明：切削速度对已加工表面残余应力具有重要影响，而切削深度对已加工表面残余应力影响较小; 已加工表面层残余应力为拉应力，沿深度方向由拉应力逐渐过渡到压应力; 3个主方向的残余应力值随切削速度的增加而增加，而随切削深度的增加无明显变化; 切削速度和切削深度对残余应力层的厚度影响都很小.     

2024铝合金喷丸粗糙度试验与数值模拟

为研究喷丸处理对2024铝合金表面粗糙度的影响,提出一种利用数值模拟预测喷丸粗糙度的有效方法。 对铝合金试件进行喷丸处理,测量得到粗糙度特征值Ra。 利用有限元软件ABAQUS对喷丸过程建立多丸粒模型并进行数值模拟,基于所提出的Ra离散化计算式,通过对采样路径上节点位移的统计处理,得到R_a模拟值,最后通过改变模型相关参数,分析喷丸参数对粗糙度的影响规律。 试验结果表明:模拟值与实测值相对误差分别为16.7%、2.5%、4.3%,两者吻合良好,验证了仿真模型及结果的正确性,另外模拟得出喷丸工件表面粗糙度随丸粒直径的增大而增加;随喷丸速度的增加而增加;随丸粒覆盖率的增大先大幅增长,后增速减缓。     

50CrVA钢复合处理后残余应力的分布及疲劳性能的研究

本文研究了50CrVA钢经气体软氮化加整体淬火复合处理后的残余应力分布及其疲劳特性。试验表明,复合处理可以明显地改善试样的残余应力分布情况,使表面呈压应力状态。由于表层氮、碳含量变化而引起的Ms点的变化与试样在冷却时存在的温度梯度的交互作用,使残余压应力的最高值出现在次表层,而在复合处理得到的强化层与心部组织交界处存在一压应力的“低谷”。复合处理后,试样表面的强化层对疲劳裂纹的扩展具有较大的阻碍作用,与常规处理相比,其旋转弯曲缺口疲劳极限提高约26.5％。     

顶板-纵肋焊接细节残余应力的松弛效应

为了准确把握钢桥面顶板-纵肋焊缝位置的真实拉、压状态和应力比对正交异性钢桥面板（OSD）疲劳寿命的影响,通过建立焊接残余应力与车载应力的耦合应力分析模型,构建焊接残余应力和车辆荷载耦合作用下的应力比、等效应力幅等疲劳参数计算方法,形成了焊接残余应力与车载应力的耦合应力精细化计算方法. 以江阴长江大桥为例,应用该方法,开展车辆荷载和残余应力场对疲劳损伤的定量分析. 案例分析表明,焊缝位置残余拉应力在叠加了以拉应力为主的循环车载应力后,纵、横向应力松弛大小均超过车载应力峰值,出现明显的应力松弛现象,而叠加以压应力为主的循环车载应力后,应力松弛效应不明显;与仅考虑车载应力作用下的焊缝位置应力状态相比,考虑焊接残余应力和车载应力耦合作用之后,压应力循环工况焊缝位置疲劳应力状态发生了本质变化,即由不需要进行疲劳验算的压应力状态变为拉应力状态;拉应力循环工况的疲劳状态虽未改变,但该状态下焊缝位置的疲劳寿命由无限变为有限.     

焊接工艺对波形钢腹板焊接细节残余应力的影响

为得到一种较优的波形钢腹板-翼缘板焊件焊接工艺,以头道河大桥为工程背景,采用ABAQUS建立了3种不同加载工况下的焊接数值计算模型,得到了焊接过程中焊件的温度场变化,并对比了单面焊件在不同焊接顺序下的纵向残余应力分布,分析了单面焊件和双面焊件在折角区域焊缝的纵向残余应力分布,考虑了变截面对关键细节纵向残余应力的影响.结...     

厚钢板对接焊接三维有限元数值模拟与分析

采用有限元数值模拟方法,建立考虑热-固耦合效应的钢板对接焊接的三维有限元模型,运用生死单元技术模拟焊接全过程,从焊接残余变形和残余应力的角度,验证了分析模型的有效性,并分析了板件边界约束、焊接层数与道数、板件厚度、焊接顺序以及施工工艺对计算结果的影响。探讨了简化计算的可能性与正确性,并考虑了保温和设置支撑等施工工艺对焊接施工的影响。研究成果可为设计与施工提供一定的参考。