疲劳试验下应力集中与磁信号的关系

选用机械制造业广泛使用的优质合金钢40Cr试件,对其进行高周疲劳试验,研究疲劳试验过程中磁信号的特征值与应力集中位置及应力集中程度的关系,引入李萨如图分析法将磁信号法向、切向分量联合绘制二维检测曲线,探讨李萨如图面积与试件的疲劳损伤状态之间存在的关系。结果表明:利用微分后的梯度值突变特征,可准确确定试件疲劳加载引起的应力集中部位;磁信号在初始加载条件下会出现很大变化,随着疲劳循环次数的增加,磁信号变化缓慢,当试件进入裂纹萌生阶段时,磁信号显著增加;李萨如图面积与试件的疲劳损伤状态之间存在良好的对应关系。结果可望为磁记忆二维检测定量分析提供可靠的试验依据。     

基于磁记忆检测方法的45钢应力集中评价

在离线情况下,利用金属磁记忆二维扫查装置测量45钢试样的磁记忆信号二维分量。通过对磁记忆信号二维分量进行微分处理得到相关分量的梯度,进而合成磁记忆信号的李萨如图形。通过分析李萨如图形区域面积与拉伸载荷之间的变化特性,对材料中应力集中进行定量评估。试验结果表明:对试样进行拉伸时,缺口处磁记忆信号变化特征比较显著,有利于对应力集中位置的确定;切向分量的信号峰值与拉伸载荷之间的相关性更好;李萨如图形区域面积大小与拉伸载荷呈正相关变化趋势,通过对李萨如图形面积大小进行非线性拟合可得到材料的应力集中定量评估判定曲线。     

30CrMnSiNi2A钢疲劳损伤二维磁记忆检测的试验研究

选取不同厚度30CrMnSiNi2A平板缺口试样在0.7σs应力水平下进行低周疲劳试验,并实施磁记忆二维检测,研究不同厚度、不同循环周次下的磁记忆信号变化规律。研究结果表明:随着循环次数的增加,局部应力集中部位的磁记忆信号特征越来越明显,信号幅值也越来越大,并在裂纹失稳断裂前出现明显的法向分量过零而切向分量具有最大值的特征;法向分量和切向分量微分后合成的李萨如图形的封闭区域大小随循环周次呈现Logistic曲线变化,可定量分析构件疲劳损伤程度。该研究结果可为进一步进行磁记忆二维检测研究提供技术支撑。     

45~#钢静载拉伸下磁记忆二维信号分析

为研究受载铁磁材料应力集中部位的磁记忆信号特征,利用自主开发的磁记忆二维检测系统对含有中心圆孔的45~#钢平板试样进行静载拉伸试验。结果表明:试样表面缺口附近磁记忆信号特征非常显著,切向分量磁信号与应力间的相关性更好;李萨如图形封闭区域大小随拉应力的增大呈非线性变化,可考虑用非线性拟合曲线定量评价应力集中状态。     

基于USB2I2C控制器的磁记忆检测系统开发及试验研究

本文基于三轴磁阻传感器HMC5983设计了磁记忆检测探头,研制了基于USB2I2C控制模块的二维金属磁记忆检测系统,以45钢为试验对象开展了金属磁记忆试验研究。通过分析磁记忆二维分量以及其微分分量合成的李萨如图大小,确定试件中存在应力集中的严重程度,试验结果表明:磁记忆二维检测不仅能够准确定位试件中应力集中的部位,而且能够从梯度变化角度对应力集中严重程度进行预判评估。     

无缝钢轨静态拉伸的漏磁效应试验研究

基于金属磁记忆检测方法,用实验室静态拉伸模拟无缝钢轨的缺陷的产生,利用EMS-2000金属磁记忆诊断仪对PD3无缝钢轨进行漏磁效应研究,获得PD3无缝钢轨在不同载荷下表面漏磁场强度法向分量Hp(y)和其梯度值K的分布情况。研究发现,随着载荷的增加,试样测量线上磁场强度及其梯度值呈规律性的变化。Hp(y)过零点与梯度K的极值点能够较好地表征样品应力集中位置的特征,Hp(y)幅值和梯度K的变化能反映样品应力集中程度。该试验表明金属磁记忆检测技术可以有效地应用于无缝钢轨应力集中位置和程度的判断。     

不同检测方位下金属磁记忆信号差异

为了研究检测方位对磁记忆信号的影响,采用磁记忆方法从不同的方位测量同一拉伸试样表面的磁场强度法向分量Hp(y),并对信号的差异进行分析。结果表明:不同的检测方向所测得的物体表面磁场强度法向分量Hp(y)值不同,过零点会漂移,不同的测量方位所测得磁场梯度以及磁参数基本一致。     

基于有限元分析的磁记忆关联模型试验

利用万能试验压力机进行拉伸试验,使用应变检测仪与磁记忆检测仪检测拉伸试件应力及磁记忆信号;基于拉伸试件的ANSYS有限元分析结果,分析了磁场强度Hp信号过零点与磁场梯度特征值,判断应力集中情况,确定了Q245R钢等六种材料拉伸试件应力集中磁场梯度预警值;综合应变检测、仿真模拟结果与磁场梯度预警值,建立了六种材料磁记忆检测的应力磁场梯度关联模型。     

基于金属磁记忆评价裂纹埋深对激光熔覆层应力的影响

利用金属磁记忆技术对裂纹/应力交互影响的Fe314合金激光熔覆层应力状态进行了评价.基于"当量法",通过机加工方法在Fe314合金激光熔覆层中加工宽度恒定,埋深分别为2.5,3.0,3.5和4.0 mm的规则矩形槽模拟不同埋深的裂纹,研究了裂纹埋深对Fe314合金激光熔覆层磁场强度法向分量H_p(y)的影响规律.利用SEM对Fe314合金激光熔覆层微观组织进行观察,结合其微观组织特征分析了对H_p(y)的影响.结合压磁理论,澄清了金属磁记忆评价裂纹/应力交互作用下Fe314合金激光熔覆层应力状态的机理,获得裂纹埋深、载荷及H_p(y)梯度变化值K间关系.结果表明,随载荷增大,磁畴的有序转变导致H_p(y)曲线以过0点为中心呈顺时针转动,H_p(y)曲线斜率与幅值逐渐变大,裂纹处K逐渐变大;各向异性组织及层间界面引起应力集中,从而导致H_p(y)曲线波动明显;载荷相同时,裂纹处K随裂纹埋深增大呈二次多项式规律减小;裂纹埋深相同时,裂纹处K随载荷增大而增大;裂纹埋深越小,载荷对裂纹处K影响越明显.裂纹埋深大于3.0 mm时,Fe314合金激光熔覆层变形能力弱于45钢变形能力从而导致裂纹处K随载荷增大的速率较慢.     

20钢焊接缺陷磁记忆信号分析

对含有焊接缺陷的试块进行磁记忆检测,研究了金属磁记忆检测技术对裂纹、气孔、未焊透、未熔合、夹渣缺陷的检出能力,对裂纹、气孔、未焊透、未熔合、夹渣区域的磁场强度梯度平均值H_ave、最大值H_max、磁场强度梯度曲线围成的面积S(H)、磁场强度梯度平均值K_ave、最大值K_max、磁场强度梯度曲线围成的面积S(K)进行计算,并与无缺陷区域的参数进行对比分析.结果表明,焊缝中裂纹、气孔、未焊透、未熔合、夹渣区域的K_ave,K_max,S(K)明显区别于无缺陷区域,可以准确判定焊接缺陷位置;焊接缺陷和焊接残余应力虽然都会导致磁记忆信号的变化,但是二者具有本质不同.     

基于SWRXD的5083/6082异种铝合金搅拌摩擦焊接头的残余应力分布规律

以5083铝与6082铝为研究对象,利用搅拌摩擦焊（friction stir welding,FSW）制备了异种材料对接接头.利用短波长X射线衍射（short-wavelength X-ray diffraction,SWRXD）技术,以{311}与{111}为衍射晶面,基于极图最外圈织构参量确定了残余应力测试方向,采用d₀法研究了FSW焊件中心层的残余应力.结果表明,{111}和{311}晶面测试的纵向残余应力分布趋势相近,焊核区为拉应力并出现两个应力峰值;{111}晶面的测试结果更为离散,应力的峰值向前进侧偏移;采用{111}晶面测试的横向的残余应力分布趋势与{311}晶面测试的结果偏差较大.     

On plastic zones and fracture strengths in some metal matrix composites

Based on a Dugdale-type approach for cancelling the singularity at the crack tip, an attempt was made to predict the overall stress distributions, as well as the size of the plastic zone found in notched metal matrix composite plate. The work was developed by considering notched, unidirectionally reinforced fibrous metal matrix composite plate under uniform normal tension load. Predictions of the proposed method were compared with the experimental results, and a fairly good agreement was observed. Simple closed form expressions for the local stresses and fracture strength are provided.     

焊接结构学中的热–力耦合问题简析

针对热加工制造中的热力耦合基础问题,借助基本力学理论,分别研究了一维刚性约束杆、二维平板及满足刚性约束的3-Bar模型在升降温过程中的应力应变演化规律.结果表明,3-Bar模型中加热条带的宽度即为焊接塑性区的宽度;焊接塑性区的纵向残余应力接近材料屈服强度;塑性区大小,塑性区尺寸及其所在位置为焊后变形控制及焊接接头设计关键所在,焊缝塑性区应尽可能接近并对称于结构中性轴分布,以避免产生附加变形;将加热温度峰值与加热宽度输入3-Bar模型,可预测火焰调修控制变形效果.火焰调修时自第二个热循环作用起,残余应力与塑性应变均无法发生改变,调修中反复加热同一区域为无用功.     

焊接残余应力下氢扩散的数值模拟

利用有限元软件ABAQUS,开发了一个焊接残余应力作用下氢扩散的耦合有限元计算程序,对湿硫化氢环境下16MnR钢液化石油气球罐焊接接头焊态残余应力诱导氢扩散的分布规律进行数值模拟,并与无应力状态下的氢扩散进行了比较,为掌握焊接接头氢致开裂的判据打下基础.结果表明,在焊接残余应力作用下,氢向高应力区富集,经过一段时间后,达到稳定.在热影响区附近,形成一个氢浓度低谷,两侧分别形成浓度梯度界面和应力梯度界面,能够诱导氢向高应力区长程扩散.     

AgNi10触头材料闭合接触阶段的热-电-力耦合分析及实验研究

建立了描述直流闭合接触阶段AgNi10电接触材料受热-电-力耦合作用的数学模型,通过有限元法采用顺序耦合方式计算了固定接触阶段AgNi10触头材料接触区的温度场、应力应变场等,计算过程考虑了材料物理力学特性随温度的变化、接触电阻以及符合实际工作环境的边界条件等。结果表明:电流密度沿接触区域非均匀分布,形成环形热源;在热-电-力耦合作用下,热应力集中区由接触中心向触头内部扩展,同时,接触界面的边缘处也出现了热应力集中区,热应力集中区容易成为裂纹源,这一计算结果与实验现象基本一致。     

Research on magnetic testing method of stress distribution

1　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＬａｒｇｅｓｔｒｅｓｓｉｎｔｈｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｗｉｌｌａｆｆｅｃｔｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ[1] ,ｅｒｏｓｉｏｎ ｒｅｓｉｓ ｔａｎｃｅ ,ｆａｔｉｇｕｅａｂｉｌｉｔｙａｎｄｄｉｍｅｎ     

宽厚板热矫直和冷却过程的三维有限元模拟

借助于商用非线性分析软件MSC．SuperForm,用弹塑性有限元法建立宽厚板热矫直与冷却过程的三维热力耦合复合模型,并对该过程进行模拟仿真,得到了钢板热矫和冷却之后的残余应力分布。分析了热矫直和冷却过程两者共同作用对钢板残余应力的影响。分析表明,热矫直后的钢板经冷却到常温状态,残余应力不仅在数值上增大,且分布规律也与热矫后有很大的差别。因此相对热矫直过程,冷却过程对残余应力的影响较大;沿板宽方向温度梯度大的地方,残余应力的分布波动有较大变化,梯度越大残余应力的值越大。     

点焊拼接板成形极限图的试验与模拟研究

成形极限图是评定金属薄板成形性能最为简单和直观的方法,是解决板冲压问题的一个非常有效的工具。本文采用试验与模拟结合的方法对点焊拼接板的成形极限进行研究。结果表明:在接近双向拉伸的应力应变状态下,点焊拼接板各种场量最大值的分布具有明显的方向性。下层板的破裂危险区位于宽度方向中轴线的焊点附近,上层板的破裂危险区则位于长度方向中轴线的焊点位置;当点焊拼接板越接近双向等拉时,两个方向上变量的最大值就越接近,其破坏的几率也就越接近。