残余应力数值计算中的相变影响分析

本文基于目前残余应力分析研究的现状,提出了在残余应力数值计算中一种考虑相变影响的方法——“等效线膨胀系数法”.实例的数值计算结果与实测数据的对比分析表明本文对相变影响的分析是必要的,方法是可行的.     

DH36高强度船板钢对接焊残余应力与变形数值模拟与试验分析

为了解某大洋开采船钻台面分段合拢焊缝产生的焊接变形和残余应力,对局部焊接接头结构即DH36高强度船板钢多层多道对接焊产生的焊接变形和残余应力进行了数值模拟和试验分析。为了提高数值模拟的准确性,基于热弹塑性理论,以SYSWELD软件为计算平台,建立了基于固态相变的三维“热-冶金-机械”耦合的多物理场热弹塑性有限元计算方法。数值模拟与试验结果表明,DH36多层多道对接焊主要产生角变形;焊缝及近焊缝区沿着焊接方向的纵向残余应力主要为拉应力;横向残余应力分布比较复杂,沿着中央横截面上表面除了在最后一道焊缝及其附近是压应力其余为拉应力。数值模拟与试验结果误差很小,考虑固态相变因素的热弹塑性有限元法可以对焊接变形和残余应力进行准确的预测。     

26Cr2Ni4MoV钢淬火过程的三场耦合数值模拟

为定量分析大型锻件淬火加工过程中工艺参数的影响，应用非线性有限元，建立了淬火过程数值模拟的三场耦合模型，模型考虑了温度场、应力场、组织场及其耦合关系；热膨胀、塑性功生热、变温相变、相变潜热、应力诱导相变和相变膨胀及相变塑性等的效应，模拟了由锻件金属材料26Cr2Ni4MoV制成的空心圆筒工件在不同尺寸和工艺下的淬火过程，计算得到的冷却曲线及残余应力分布与实验结果一致，数值实验表明只有考虑应力诱导相变和相变塑性的作用，才能得到合理准确的结果。     

ZrO_2的t→m相变对Al_2O_3－ZrO_2陶瓷表面残余应力的影响

本文利用ＸＲＤ分析了Ａｌ２Ｏ３－ＺｒＯ２及Ａｌ２Ｏ３陶瓷的表面残余应力．并对其产生的原因和有关的影响因素进行了深入的讨论，结果表明机械研磨后陶瓷表面均存在残余压应力，而且ＺｒＯ２的ｔ→ｍ相变比机械研磨对残余应力的贡献大。     

淬火高强板矫直过程的残余应力计算模型

为了降低高强板材在生产淬火过程中产生的较大残余应力,所造成板型缺陷和产品性能的下降。本文对Q960E高强钢的矫直过程,进行残余应力数值计算、实验和热力耦合仿真的方法,研究板材在矫直全过程中残余应力的变化。通过淬火热处理后高强板表面形成276.3MPa左右的压应力,内部形成与之反向的拉应力,在矫直过程中,表面塑性变形最大,最终板材表面应力减少到100MPa以下,与实验误差在15%以内,而随着表面层到中心层,塑性变形的递减,心部残余应力一直保持为200MPa左右。结果表明：辊式矫直工艺能够有效降低板材残余应力,对表面残余应力影响较大,对心部残余应力影响较小,同时也验证了该计算模型计算残余应力方法的正确性,为降低板材残余应力的矫直工艺提供了有效的计算方法。     

金属凝固过程中的瞬态温度场及热应力场的有限元分析

本文利用等强化材料的在屈服函数中不考虑相变因素的变系数、含相变的非线性热弹塑性增量泛函,融合凝固理论,用有限元素法,迭代法及修正的第三类边界条件,对金属凝固过程中的瞬态温度场进行数值模拟和热残余应力分析.作为算例,本文对轴对称灰口铸铁在砂型铸造中的温度场进行了数值分析及测试,同时作了热应力分析.     

应力诱发马氏体相变唯象抛述研究

针对外场（应力）作用对马氏体相变影响的特征，对Ｌ．Ｄ．Ｌａｎｄａｕ；Ａ．Ｆ．Ｄｅｖｏｎｓｈｉｒｅ及ＦａｌｋＦ．等人提出的相变理论进行了一定的处理，提出了一个适于描述问题的Ｇｉｂｂｓ自由能函数分析表达式，并对其分析表达式进行了讨论，结果定性地表明上述分析表达式是符合马氏体相变实际的。本文还讨论了在不同应力作用下马氏体相变临界温度的变化情况。     

利用不同焊接热源模型对结构件进行焊接模拟

基于ANSYS,分别使用高斯热源模型和分段热源模型对金属结构件的焊接过程进行了有限元模拟,使用单元生死技术模拟焊接材料的生成,并考虑了相变潜热对温度场的影响.本文先计算温度场,然后把温度场作为载荷来计算结构场,得到残余变形和应力的分布,从而实现焊接过程的温度场、残余应力和残余变形的三维动态模拟.结果表明:利用分段热源模型能够在保证计算精度的前提下,大大提高计算效率,明显缩短计算时间.     

应力诱发马氏体相变唯象描述研究

针对外场（应力）作用对马氏体相变影响的特征，对Ｌ．Ｄ．Ｌａｎｄａｕ；Ａ，Ｆ．Ｄｅ－ｖｏｎｓｈｉｒｅ及ＦａｌｋＦ．等人提出的相变理论进行了一定的处理。提出了一个适于描述问题的Ｇｉｂｂｓ自由能函数分析表达式，并对其分析表达式进行了讨论。结果定性地表明上述分析表达式是符合马氏体相变实际的．本文还讨论了在不同应力作用下，马氏体相变临界温度的变化情况．     

偏心圆筒弹塑性应力有限元分析

对偏圆筒的弹塑性问题进行了有限元分析，并进行了算例和试验验证．计算、试验结果表明，该有限元程序对处理偏心圆筒的弹塑性应力、容积残余变形率计算是非常精确的，它为研究不同偏心，不同材料的气瓶在发生容积变形过程中应力、应变变化规律以及偏心对对容积残余变形率影响提供了方便、可靠的方法.     

套管抗挤强度分析及计算

为提高套管挤毁压力预测精度,应用统计方法对213根套管全尺寸挤毁试验数据进行了方差分析,研究了外径不圆度、壁厚不均度、残余应力等因素对套管抗挤强度的影响。分析结果表明,径厚比、屈服强度是套管抗挤强度的主要因素,不圆度、壁厚不均度、残余应力等因素对套管抗挤强度的影响呈随机性分布。利用有限元方法对外径不圆度、壁厚不均度和残余应力的不同位置组合进行了模拟分析。结果表明,数值相同的外径不圆度、壁厚不均度及平均残余应力组合不同时,套管的挤毁压力相差很大。最后提出了一个套管抗挤强度计算公式,计算简单,精度可满足工程要求．     

残余应力场中疲劳裂纹闭合的数值分析

本章基于塑性诱导裂纹闭合原理,通过弹塑性有限元方法对残余应力场中疲劳裂纹扩展过程进行模拟,阐释残余应力场中的裂纹扩展行为。论文阐述了模拟疲劳裂纹扩展的方法、残余应力生成方法和残余应力场中裂纹张开、闭合应力的计算方法。模拟了焊接产生的拉伸控制残余应力场和冷胀孔产生的压缩控制残余应力场中的疲劳裂纹扩展,分析了残余应力对裂纹闭合效应的影响。分析结果表明,与不含残余应力场的情况相比,拉伸残余应力具有抵消裂纹闭合效应、促进裂纹扩展的作用,并得出权函数法不适用于这种条件下的疲劳裂纹扩展分析的结论;而压缩残余应力具有增强裂纹闭合效应、抑制裂纹扩展的作用。通过数值分析研究残余应力场中的疲劳裂纹闭合效应,能够考虑裂纹扩展中外载与残余应力相互作用引起的残余应力变化,有助于理解残余应力对裂纹扩展的作用机理和进行裂纹扩展预测。     

考虑循环效应的镍钛合金超弹性细观本构模型

超弹性是形状记忆合金最主要的特性之一,本文假设其在相变过程中具有层状微结构,利用理想界面条件推导出相变发展过程的单晶本构关系,同时引入临界应力,累积残余应变和累积马氏体体积分数3个变量,利用临界应力,循环次数N构造相变驱动力随循环次数N变化的表达式。在每一次加载中相变驱动力作为一个材料参数控制正相变和逆相变的发生过程,联合累积马氏体体积分数和累积残余应变就得到考虑循环效应的单晶本构模型。利用Taylor假设推广到多晶模型。最后为证实本模型的可行性,进行了数值模拟,结果与实验结果吻合较好。     

评估残余应力的一种有限元方法

通过计算不同初应力下结构的固有频率，分析残余应力对自振频率的影响，以便通过分析固有频率来估算残余应力。     

冷却速度对SiCp/2024Al热残余应力影响的数值模拟

针对冷却速度对SiCp／2024Al复合材料热残余应力的影响，通过复合材料显微组织观察，根据复合材料的形貌特征，建立了平面应力状态的复合材料组织模型，利用有限元方法对SiCp／2024Al复合材料淬火和退火过程的热应力进行了数值模拟．结果表明，由于SiC增强颗粒与铝基体之间的热膨胀系数差异较大，热处理后颗粒和基体的界面附近产生很大的热残余应力场，同时基体发生塑性应变；冷却速度对复合材料热残余应力没有明显影响．     

SiC晶须增韧Al_2O_3陶瓷刀具材料的热胀失配分析

ＳｉＣ晶须增韧Ａｌ２Ｏ２陶瓷刀具材料由于ＳｉＣ晶须与Ａｌ２Ｏ２基体的热膨胀系数不一致，在烧结冷却后将产生一定的残余应力．本文用理论方法分析了外力作用和热胀先配所产生的应力在晶须与基体中的分布，并用有限元法分别计算了外力作用和热胀失配所产生的应力及其分布．计算结果与理论分析的结果是一致的．     

评估残余应力的一种有限元方法

通过计算不同初应力下结构的固有频率，分析残余应力对自振频率的影响，以便通过分析固有频率来估算残余应力。     

厚壁球冠结构焊接变形及残余应力数值实验研究

潜艇球面艏端隔壁结构在工程焊接过程中产生的焊接变形及残余应力是关系到潜艇安全的重要指标．为了保证焊接构件的可靠性，准确推断潜艇球面艏端隔壁构件焊接过程中的力学行为，有必要针对厚壁球冠结构的焊接变形及残余应力进行数值实验分析．该文在大型有限元软件ANSYS的基础上，开发了相应的焊接程序，对焊接过程中结构的应力、变形进行了数值模拟；并将模拟结果与相关的理论值及实验值进行对比分析．对比结果表明，数值实验结果与理论结果基本吻合，可以满足工程要求．在此基础上，对厚壁球冠结构的焊接过程进行三维有限元分析，得到了球冠结构焊接时的变形及残余应力的变化规律，为结构的加工工艺提供了可靠的依据．     

残余应力对多焊缝整体加筋壁板稳定性影响研究

为明确残余应力对2024-T3搅拌摩擦焊多焊缝整体加筋壁板稳定性的影响,采用ANSYS有限元软件建立了2种典型搅拌摩擦焊接多焊缝加筋壁板数值计算模型。通过热力耦合算法分别计算了2种加筋壁板(A,B)的残余应力分布,并对其进行屈曲和后屈曲分析。结果表明:多焊缝整体加筋壁板的残余应力受焊接顺序影响,加筋壁板A的残余应力主要集中在长桁右侧,加筋壁板B的残余应力则集中在焊接顺序靠后的长桁处。残余应力对加筋壁板稳定性影响较大。考虑残余应力后,加筋壁板A的临界屈曲载荷降低了14.2%,加筋壁板B降低了12.4%。     

淬火过程有限元模拟技术的研究现状及其关键技术

淬火是一个温度、应力、相变相互影响的高度非线性问题．根据淬火过程的特点，结合有限元技术，介绍了用于淬火过程模拟的温度场求解技术、组织转变量的计算方法、应力应变场的计算方法及相变塑性等，给出了淬火过程中弹塑性系数的计算方法，并指出了未来淬火模拟的几个重点研究方向。