光学元件研磨加工裂纹形成过程数值模拟

针对传统有限元方法过度依赖于网格,计算时磨粒和工件接触区域的网格畸变严重,很难模拟脆性材料加工中材料内部裂纹的形成过程这一问题,利用光滑粒子流体动力学法建立单个磨粒切削加工过程的FE/SPH耦合有限元模型,对熔石英材料研磨过程进行数值模拟,为脆性材料切削过程的仿真提供了新途径.系统分析研磨加工中亚表层裂纹的形成过程以及切削参数对亚表层裂纹深度的影响规律.仿真结果表明:磨粒刚开始切入工件时材料处于弹/塑性变形阶段,随后在磨粒的挤压及撕扯作用下,材料内部产生大量微裂纹,微裂纹的合并、连通和扩展最终形成了平行于工件表面的横向裂纹和垂直于工件表面的纵向微裂纹,导致工件材料的脆性断裂去除.     

喷焊镍基合金材料已加工表面残余应力的测定,计算与分析

通过对高温喷焊材料加工后表面残余应力的测定与分析，得出了可以通过改变切削参数和刀具几何参数来控制表面残余应力的结论，并建立了新型的数字模型和回归公式。     

冲击压痕测量残余应力的方法

采用数值分析方法对冲击压痕法测量残余应力的弹塑性变形过程进行了理论分析,在一定的试验条件下测得点的轴向应变增量与其所受轴向应力间存在线性关系,证明该方法用于残余应力的测量是可行的,并且对试验参数进行优化。     

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.     

切削加工中残余应力产生原因的研究

阐明了切削加工中残余应力产生的几种主要原因，刀具接触点前方区域的塑性凸出效应；刀具接触下区域的挤光效应；及热应力的影响。     

光学元件亚表面损伤深度的无损荧光检测方法

为了实现光学元件亚表面损伤的低成本、快速、准确检测,提出一种光学元件亚表面损伤深度无损荧光检测方法.在研磨和抛光加工过程中添加纳米荧光量子点溶液作为标记物,量子点受到激发光辐照后能够产生荧光现象,然后利用激光共聚焦显微镜进行逐层扫描以获取被测样品不同深度处的切片图像,当扫描深度达到某一特定值时,荧光强度开始由强变弱,通过特征点荧光强度的变化最终确定光学元件的亚表面损伤深度.自行开发了亚表面损伤深度无损检测软件,检测软件具有图像阈值处理、亮点自动识别、图像显示和曲线表征等功能,可以实现光学元件亚表面损伤深度的快速无损检测.将无损检测结果与损伤性检测结果进行了对比分析,结果表明两种检测方法相对误差在10%以内,验证了提出的无损荧光检测方法的有效性.     

压痕对不锈钢材料表面残余应力的影响

为研究自动球压痕过程残留压痕残余应力分布情况,以压力容器常用的奥氏体不锈钢板材S30408、S32168、 S31603 和 S30403为对象,通过常规拉伸试验获得材料的本构关系及自动球压痕试验获得压痕过程的载荷-位移曲线,采用有限元软件ABAQUS进行模拟。试验结果表明:压头卸载后,压痕凹坑底部材料承受的残余压应力达到最大,Mises应力状态下最大残余应力约为700 MPa左右,压痕残余应力影响范围在受压面上大约占球形压头半径的1.3%。同时,对材料施加一定大小的外载荷拉应力,研究残余应力和外载荷共同作用下压痕周围材料的应力分布状况,结果显示最大叠加应力出现在压痕材料堆积区域,但是应力影响区域很小,影响深度为所受影响平面半径的6%以内。     

熔石英亚表面微缺陷原位表征及损伤阈值研究

通过对熔石英表面和亚表面划痕的原位测量,研究划痕的表面均方根(RMS)粗糙度、宽度和深度在HF溶液中刻蚀不同时间后的变化规律,测试了不同刻蚀时间下熔石英的损伤阈值。实验结果表明:随刻蚀时间的增加,表面RMS、划痕深度及宽度的总体变化趋势是增加的;熔石英的损伤阈值随刻蚀时间的增加,在1～10min时间段呈增加趋势,在20～40 min时间段呈下降趋势,而在60～120 min时间段先增加后降低。综合熔石英划痕的微观形貌损伤阈值的测量结果认为,刻蚀10 min时效果最佳。     

曲面密切加工法的残余高度计算

工程中有很多复杂柱面,5坐标加工可高效达到所需形状。运用相关文献已阐述的切触原理,研究了在多轴数控机床中刀具切削圆与零件柱面的切触条件和局部坐标系下的局部最佳接触条件,并用投影对刀具切削圆与柱面的贴近程度进行了分析,进而提出一种可通过求解相邻2个加工位置之间的交点求残余高度的方法。通过人为放大加丁间隙并打印出来,以验证算法的正确性,再通过3坐标测量检测试件残余高度。结果表明,理论计算与实际检测完全符合。     

激光复合处理K24超合金表面残余应力

利用激光冲击技术对经激光淬火形成的K24超合金先进行了复合处理,用X-350A型X射线应力仪测定了激光复合处理区的残余应力,同时分析了复合处理区在500℃回火处理工艺后的残余应力变化规律,并对K24超合金复合处理区疲劳寿命的影响进行了研究。结果表明,激光冲击处理K24超合金淬火区后的残余压应力为600 MPa以上,经500℃回火处理81、6 h后残余应力仍然大于基体的残余压应力,其回火稳定性较好,有利于提高K24超合金的疲劳寿命。     

激光复合处理K24超合金表面残余应力

利用激光冲击技术对经激光淬火形成的K24超合金先进行了复合处理,用X-350A型X射线应力仪测定了激光复合处理区的残余应力,同时分析了复合处理区在500℃回火处理工艺后的残余应力变化规律,并对K24超合金复合处理区疲劳寿命的影响进行了研究。结果表明,激光冲击处理K24超合金淬火区后的残余压应力为600MPa以上,经500℃回火处理8、16h后残余应力仍然大于基体的残余压应力,其回火稳定性较好,有利于提高K24超合金的疲劳寿命。     

基于响应面的柔轮应力和刚度分析

针对柔轮的小体积、高刚度、高寿命的设计要求,在理论上建立弹性齿圈受力模型,探究设计时结构间的尺寸搭配与补偿方法. 基于响应面法和中心复合设计（CCD）采样方法,在ANSYS Workbench中进行参数化建模和有限元分析,得出应力和刚度对结构参数的响应曲面（线）,分析各结构参数对应力和刚度的影响规律. 分析结果表明,在柔轮的小体积设计中,可以减小径向变形量以抵消半径减小时增加的应力,减小壁厚以抵消筒长减小时内壁产生的应力. 柔轮的小体积设计会使承载能力减弱,加剧齿圈后端的应力集中和疲劳破坏. 应在保证啮合状态和承载能力的情况下,增大厚径比,减小径向变形量,以减轻齿圈后端的应力集中现象. 通过响应面法得出关于柔轮应力和刚度的回归曲线,可以用于设计时获取最优值.     

考虑粘结应力传递的抗弯加固锈蚀RC梁挠度计算方法

基于微元法思想,考虑锈蚀钢筋与混凝土之间粘结应力的传递,以及粘结应力传递前后截面应变的相容性,建立了钢板和FRP抗弯加固锈蚀RC梁挠度计算模型。为了验证计算模型的正确性,对比分析了多组试验结果。结果表明:在不同荷载等级下,与不考虑粘结应力的传递模型相比,考虑粘结应力的传递模型对钢板抗弯加固锈蚀RC梁的挠度计算结果更接近试验值。考虑粘结应力传递模型的极限荷载和对应极限挠度的误差范围为-0.6%～1.8%和-10.5%～9.1%,不考虑粘结应力传递模型的极限荷载和对应极限挠度的误差范围为1.1%～6.1%和-11.4%～-2.2%。该模型也能较精确地预测FRP材料(包括CFRP和BFRP)抗弯加固锈蚀RC梁的荷载-挠度曲线,极限荷载值的误差范围为-3.6%～4.2%,极限挠度误差范围为-4.2%～8.3%。     

混凝土结构构件等应力区内裂缝随机性仿真计算方法研究

针对混凝土构件材料强度和变形性质的随机性,采用数学方法提出构造混凝土极限拉应变数列的原理.结合钢筋混凝土有限元,建立了混凝土构件等应力区初始裂缝随机性的仿真计算方法,对钢筋混凝土梁纯弯段的裂缝规律进行了仿真计算.算例表明,本方法较好地描述了混凝土材料性质的随机性,计算结果与模型试验和工程实际规律吻合.     

Non-complete relief method for measuring surface stresses in surrounding rocks

The measurement of surface stresses in surrounding rocks with the use of a relief method of annular hole-drilling was studied by numerical analysis. The stress relief process by hole-drilling was then simulated with the use of finite element method. The influences of the borehole diameter（d）, the initial stresses and the ratio of the initial principle stresses on the variations of the remained stress and the released stress in function of the relief depth（h） were discussed. The relation between the non-dimensional ratio of the released principle strains and that of the initial principle stresses, and the effect of the elastic modulus and the Poisson ratio of the rock mass on the stress relief curves were studied. The results show that the stress relief behavior formulated with the non-dimensional ratio of the released stress and the ratio of h/d is only sensitive to the ratio of the initial principle stresses and the Poisson ratio. The stresses are completely released when h equals 1.6d, and the tensile stresses take place on the bore core surface in the relief measurement process. Finally, a non-complete relief method of annular hole-drilling for measuring surface stress in surrounding rocks is proposed and the procedure is presented.