涂层材料与几何尺寸对等离子喷涂残余应力的影响

在等离子喷涂过程中,由于基体与涂层的热膨胀系数的不匹配,在它们共同冷却的过程中,产生了不同的热变形。本文采用有限元瞬态热分析方法对等离子喷涂过程的温度场进行了分析。在此基础上,进一步计算了常用的Al2O3涂层与16MnR基体组成的喷涂系统的残余应力分布,并对计算结果进行了讨论。然后,针对不同的涂层尺寸、不同涂层材料(a相Al2O3、Al2O3、ZrO2、TiO2、Al2O3-ZrO3)进行了残余应力计算,对涂层与基体内部的应力进行了分析,并且比较了不同的涂层尺寸以及材料性能对应力状态及分布的影响,对实际喷涂工艺有一定的指导意义。     

莫来石涂层对氧化铝基体力学性能的影响

陶瓷材料的预应力增强已经被证明有效，但是这种表面预应力对其他力学性能的影响如何仍不明晰，本工作将探讨表面残余压应力对复合构件的综合力学性能的影响，包括弯曲强度、弹性模量、断裂韧性、硬度以及损伤容限。为了实现表层压应力以及相适配的界面剪切应力，按质量分数比1∶1将莫来石和氧化铝混合磨成浆料涂覆在预烧后的氧化铝基体上，经无压烧结后，涂层与基体紧密结合，随着温度下降，2种材料不同的收缩率和界面约束形成表层残余压应力，从而实现氧化铝复合陶瓷的预应力强化，进而测试了该材料的各项力学性能。结果表明：预应力涂层有效提高了基体材料的弯曲强度，提高了38.9%；断裂韧性提高了36.5%，弹性模量稍降、硬度下降代表了涂层材料的性能。通过这些力学参数，计算得到复合氧化铝陶瓷的损伤容限从0.389 4 m^1/2提升至0.452 7 m^1/2，提高了16.26%。     

不同基体条件下Sm_2Zr_2O_7/YSZ热障涂层的残余应力

采用有限元法研究了基体条件对等离子喷涂Sm2Zr2O7/YSZ双陶瓷层热障涂层涂层的残余热应力,并与单一Sm2Zr2O7涂层进行了比较。计算结果表明,涂层的残余热应力随金属基体的热膨胀系数增加而增大,当基体厚度超过25mm后,径向应力不再变化,基体半径对涂层残余应力的影响可以忽略。Sm2Zr2O7/YSZ涂层的热应力明显小于单一的Sm2Zr2O7涂层,增加涂层的层数可缓解残余热应力。     

等离子喷涂Sm_2Zr_2O_7热障涂层残余热应力

采用有限元分析软件ANSYS对等离子喷涂Sm2Zr2O7热障涂层在金属基体材质类型、厚度、半径变化时涂层的残余热应力进行了分析。结果表明,金属基体的热膨胀系数对Sm2Zr2O7热障涂层的残余热应力有着显著影响,金属粘结层与表面陶瓷层界面处的残余应力及其应力梯度随着金属基体热膨胀系数增加而增大。金属基体厚度和半径不是影响Sm2Zr2O7热障涂层残余应力的主要因素。     

热塑性复合材料制件热残余应力产生原因及测试方法分析

纤维增强热塑性复合材料以其优异的综合性能被广泛用于大型民用飞机结构,但在复合材料成型过程中基体材料需要经历较高的工艺温度和降温速率;增强纤维和聚合物基体之间因热膨胀系数不匹配、铺层间各向异性和温度的梯度分布等因素将导致在基体中形成热残余应力,这将对所得热塑性复合材料构件的力学性能产生影响,需要在复合材料结构的设计和分析中加以考虑。为有效控制和降低复合材料制件中热残余应力,需要对其产生来源及发展机理进行分析。对热塑性复合材料中热残余应力的形成原因从三个不同层次进行讨论,并分析热塑性复合材料在成型过程中残余应力水平的控制方法,最后对热残余应力的测试方法进行研究,评价了各测试方法的优缺点。     

三步法评价陶瓷涂层密度

陶瓷涂层密度不仅能够用于评估材料的致密度、孔隙率、吸水率、抗热震性以及弹性模量等性能参数,而且可以用来评价涂层因热应力和热匹配引起的变形和剥离等现象。然而由于陶瓷涂层难以从基体中单独剥离出来,在实际应用中往往难以精确测量。基于传统Archimedes’排水法测量密度的原理,通过构建陶瓷涂层、基体以及涂层-基体复合体三者之间密度的解析关系,采用三步法测量并计算涂层的密度值。该评价方法不仅方便快捷,而且应用范围广,适应于各种陶瓷涂层密度的测量,包括结构陶瓷涂层、传统陶瓷的釉料(涂层)等。     

基体条件对Sm2Zr2O7/YSZ双陶瓷层热障涂层界面残余热应力的影响

采用有限元分析软件ANSYS对等离子喷涂Sm2Zr2O7/YSZ双陶瓷层热障涂层界面残余热应力分布进行了数值仿真。结果表明:基体厚度不同时,涂层界面Sm2Zr2O7/YSZ及界面YSZ/NiCoCrAlY对应应力及应力梯度基本不变,表明应力及应力梯度与基体厚度无关;但基体材质热膨胀系数对涂层系统界面的径向、轴向及剪切应力梯度有决定性的影响,且各应力梯度随金属基体的热膨胀系数差异增加而增大,表明基体材质是影响涂层界面径向残余热应力及应力梯度的根本原因。采用多层陶瓷结构并合理选择各层材质的热膨胀系数将更加有利于降低涂层应力梯度,进而改善涂层性能,延长涂层寿命。     

非均匀应变模型分析非对称层状陶瓷的残余应力

基于非均匀应变模型，给出了非对称型层合材料由层间约束引起的层内残余应力的解析表达式。得到层内应力沿长度方向和界面法线方向分布的变化规律。指出非对称型层合材料由于弯曲应力的存在，可产生残余弯曲变形并使残余应力沿厚度方向交替变化。材料失效有可能从界面的拉应力层一侧开始。对研究强界面结合层合材料的增强或失效机理以及温变引起的变形和断裂有实际意义。     

外压轴向型补偿器失效原因分析

蒸汽埋地管线的外压轴向型补偿器保温材料使用含Cl~-较高的材料,在施工过程及使用后外保护管破坏而使得富含Cl~-的溶液在波纹管内表面聚集并浓缩,构成了奥氏体不锈钢应力腐蚀的介质环境。波纹管压制成形,不锈钢受大弯曲变形构件内残余形变应力,该残余应力与工作载荷作业下波纹管产生轴向位移而引起的应力叠加,应力水平提高,应力腐蚀几率及速率加速。通过采用抗晶间腐蚀及应力腐蚀能力较强的SA240-316L,波纹管制造完毕后进行固溶热处理,并采用Cl~-含量低的材料作为保温材料等措施,取得了良好的效果。     

纤维增强热固性复合材料构件的固化变形研究进展

热固性复合材料的固化是一个热性能、化学性能和力学性能同时发生变化的复杂过程,也是固化变形和残余应力产生的过程。引起复合材料变形的因素主要包括构件的结构形式、树脂含量、铺层方式、基体树脂的特性、固化工艺参数及模具因素等。其中,复合材料固化过程中树脂的热收缩、化学收缩以及模具材料与复合材料间热膨胀系数的差异是引起复合材料发生固化变形的根本原因。     

第15届全国残余应力学术交流会第1轮通知

机械零构件和电子元器件在制造过程中不可避免地产生残余应力问题，适当的残余应力可能成为服役的有利因素，不适当的残余应力则可能导致变形和失效。残余应力的引入、消除、控制、以及测试和表征等问题在众多制造和应用行业、高校及科研单位日益受到重视。在新材料及新工艺的开发过程中，也迫切需要研究残余应力问题。几十年来，我国残余应力研究与应用取得了卓著成果，累计发表论文数千篇，出版了多部与残余应力有关的学术专著。     

基体残余应力对铝合金热控膜层的影响研究

本文研究了基体残余应力对铝合金热控膜层的影响,测试了不同热处理条件下2A12铝合金基体的残余应力,通过扫描电子显微镜对膜层的微观结构进行了分析,并对阳极氧化膜与基体结合强度及膜层的裂纹扩散进行了研究,分析了涂层残余应力形成机理。结果表明,铝合金消应力退火处理可以减轻阳极氧化膜的裂纹扩展情况。     

铝合金车体焊接残余应力模拟计算方法介绍

焊接残余应力与变形是高速列车铝合金焊接所面临的一个突出问题，也是一个突出难题。残余应力与变形不但要影响外观尺寸精度和尺寸稳定性，还会降低焊接构件的疲劳强度和安全可靠性。研究铝合金车体的焊接变形和心力产生机理及变形规律不但可以指导焊接生产过程的焊接变形和应力控制措施，更可以通过对焊接变形与应力的定量研究，分析其对疲劳强度的影响，预测焊接接头的疲劳寿命，保证安全可靠性。     

VARI成型V型构件固化变形和影响因素分析

复合材料在成型过程中会伴随着复杂的热化学和物理变化,此现象会导致复合材料内部的残余应力积累并进一步使复合材料在脱模后产生固化变形。采用顺序耦合热应力的方法建立了预测复合材料固化变形的三维有限元模型,对真空辅助成型(VARI)的复合材料V型构件的固化变形进行了数值模拟和试验验证,并进一步分析了固化温度、对流换热系数、构件厚度等因素对复合材料V型构件的影响。模拟结果表明,复合材料V型构件的回弹角会随着固化温度和对流换热系数的升高而增大,随着构件的厚度增加而减小。固化温度从150℃升高至190℃,回弹角增加了72%;对流换热系数从1 W/(m2 K)升高至100 W/(m2 K),回弹角增加了15%;构件厚度从2.4 mm增加至4.8 mm,回弹角减小了43%。     

模具对热固性树脂基复合材料固化变形的影响

热固性树脂基复合材料结构在热压罐成型过程中,由于模具的约束作用,导致构件内部产生残余应力,进而引起工件回弹变形和翘曲变形.综述和分析了影响残余应力和变形产生的各种模具因素,包括模具热传导性能、模具线膨胀系数、模具表面处理、模具角半径和模具的结构形式.     

压缩机主轴变形分析

通过对压缩机Cr17N i2主轴的热处理、试磨以及残余应力测定等试验,找出了主轴变形的主要影响因素。合理的热处理能够使主轴的残余应力值减至合格,而不适当的磨削也可使轴内产生应力。     

复合材料的测试

本文简介了复合材料(主要是纤维增强的)所遵循的连续介质,小变形弹性理论的应力应变关系,在理论上说明了要解析一个受力构件的力与变形关系时需要些什么弹性常数。 结合到工程上的实际需要,着重介绍了常用的复合材料——正交各向异性板各个弹性常数、拉伸强度值以及应力应变曲线的试验方法;並且简单介绍了丝材、基体的上述三种数据的试验方法。 这些力学参考(包括复合材料、纤维和基体的常数与强度值)和应力应变曲线是兵器设计人员、制造技术员和使用者所必须掌握的。要不然他们研制发展新产品、维护使用现有产品以及估用或检验老产品时,则无科学的依据。     

基于不同基体条件的Sm2Zr2O7/YSZ双层热障涂层界面残余热应力的数值仿真

采用有限元分析软件ANSYS对2Cr13基体等离子喷涂Sm2Zr2O7/YSZ双层热障涂层界面残余热应力分布进行了仿真。结果表明:在涂层Sm2Zr2O7/YSZ及YSZ/NiCoCrAlY界面存在较大的残余热应力,且应力梯度基本不变,表明应力梯度与基体厚度、半径无关。     

储罐焊接中防止变形的一些建议

通过对焊接施工产生变形的原因分析研究,找出在工程质量控制中,严格控制人员、机械设备、工程材料及施工方法,并且着重探讨施工方法及其注意事项,最终确立合适的焊接顺序。因为焊接顺序对焊接残余应力和变形的产生及分布影响最大,采取合理的施焊顺序,可以有效的减小焊接残余应力和防止焊接残余变形。     

钢板焊接结构中型电机机座的振动时效

八二年哈尔滨电机厂首次承制了一批出国中型电机,外商要求对电机机座进行消除应力处理,保证产品稳定尺寸精度。钢板焊接结构的构件由于焊接过程中焊接处产生极不均匀的温度场,温度应力与相变应力分布不均产生较大的焊接残余应力,而残余应力是一种不稳定的应力状态,随着温度和时间的变化,构件内某些局部的残余应力因时效的作用而变小,由于残余应力是一个自相平衡的内力,局部应力变小必然要引起沟件总体内力的重新分布,从而就引起构件总体或局部发生相对变