搅拌摩擦焊和钨极氩弧焊焊接接头的残余应力

利用X射线衍射法测量了铝合金搅拌摩擦焊和钨极氩弧焊(TIG)焊接接头表面的残余应力分布.结果表明:两种接头在焊缝区及其周围的残余应力存在着明显的变化,在平行于焊缝方向,应力呈"W"型的分布,焊缝外残余应力值迅速下降;钨极氩弧焊焊接接头残余应力的最大值位于热影响区;在热影响区,搅拌摩擦焊接接头残余应力平均值比TIG焊接接头的约低15%～25%.     

圆锥台单点增量成形件残余应力研究

单点增量成形过程中残余应力分布与成形件的尺寸精度有着密切的联系。该文以圆锥台件为例,采用1060铝板,首先对残余应力方向进行定义,然后分别通过ABAQUS有限元仿真和实验验证对成形件的等效塑性应变和残余应力进行研究,并根据残余应力分布将成形件沿高度方向进行分区研究。结果表明:采用三维实体模型能准确模拟成形件的残余应力分布,成形件中残余应力主要集中在成形区,且垂向残余应力值较小;弯曲过渡区、平面伸长区和底部变形区的横向残余应力的性质由内到外依次为拉-压、压-拉、拉-压,纵向残余应力则均呈拉应力-压应力的变化。     

反应堆压力容器J形坡口焊接接头区控制棒驱动机构管座裂纹的应力强度因子

利用热弹塑性有限元法计算研究核反应压力容器控制棒驱动机构(Control rod drive mechanism,CRDM)管座中心J形坡口接头中焊接残余应力的分布规律,并将焊接残余应力场导入到含裂纹的三维CRDM管座接头模型中,直接计算得到焊接残余应力与工作内压和温度载荷偶合作用下的裂纹前沿等效应力强度因子Keq的分布规律。计算结果表明:焊后CRDM管座接头区中的环向残余应力远高于轴向残余应力;受焊接残余应力分布的影响,裂纹前沿Keq的最大值并非出现在裂纹前沿最深处,而是出现在裂纹下半部分靠近焊缝处;裂纹深度比a/δ的增加所引起的Keq的增加远大于裂纹长度2c的增加所引起的Keq增加。接头区的裂纹在其前沿实际Keq分布的控制下将以自然形态扩展,而并非以目前标准规范中假设的半椭圆形态扩展。为进行准确的裂纹扩展分析和安全评价,需要基于详细的有限元计算,给出考虑焊接残余应力影响下的裂纹前沿Keq的分布。     

丝织构对薄膜X射线残余应力分析的影响

具有择尤取向的薄膜材料因弹性呈现各向异性,在利用X射线衍射法测定薄膜残余应力时,常发生d-sin^2ψ测试曲线的非线性振荡,无法得到准确的应力值。本文利用Voigt、Reuss和Kroner模型计算了TiN薄膜的弹性常数随ψ角的分布在低ψ角区发生的弯曲。与实测PVDTiN薄膜的应力测试曲线的弯曲情况相似,说明丝织构的确可能造成薄膜应力测试d-sin^2ψ曲线的低ψ角弯曲。     

基于SIGINI子程序的零件残余应力变形数值模拟研究

为提高飞机性能,整体结构件成为飞机广泛采用的主要承力构件,而整体结构件毛坯由于残余应力的存在往往导致加工后出现较大变形影响零件精度。根据模锻毛坯件的残余应力测试试验数据,逆向构建了初始应力仿真模型,采用用户子程序SIGINI施加初始应力场,运用生死单元法对分层材料进行去除。结果表明,通过表层残余应力试验数据逆向构建初始残余应力分布场计算变形的可行性,同时可以直观分析生死单元法逐层杀死单元过程中,初始残余应力的释放过程,与零件加工后的变形测量结果对比,有较高的吻合性。     

基于有限元法的数控弯管成形及回弹研究

基于有限元分析软件ABAQUS,参照轨道车辆用不锈钢管材和数控弯管机,建立了有效的不锈钢管材弯曲成形及回弹有限元仿真模型,研究了弯管在弯曲成形过程中应力分布和管材的弹塑性变形,同时分析了不同弯曲角度下弯管回弹的情况,建立回弹角度与弯曲角度的定量关系。结果表明,在弯管成形过程中,最大mises应力随弯曲角度的增大而增大,但当卸载后在折弯区的残余应力分布与折弯角度成线性关系,此外管材在弯曲后回弹角随着弯曲角度的增大而增大,且呈现出明显的线性关系。     

纳米复合陶瓷残余热应力的有限元模拟

基于对纳米复合陶瓷微观结构的观察和分析所建立的微观结构模型,运用有限元方法详细研究了材料内部残余热应力的大小与分布形态。计算结果表明,基体内不仅存在拉应力区,而且存在不同程度和范围的压应力区,拉、压应力区的结构形式与弥散相颗粒的分布方式密切相关。研究表明,利用微观结构模型进行的残余应力分析可以反映第二相颗粒大小、含量和分布对残余应力的影响,热残余应力的大小和分布与材料的微观结构有着密切的关系。     

蒸汽发生器管子管板内角环焊残余应力数值模拟研究

应用ANSYS有限元软件,对核电蒸汽发生器管子管板内角环焊残余应力进行数值模拟研究。在研究中,建立三维有限元模型,基于ANSYS参数化设计语言实现带状温度热源的逐步加载和计算,得到焊接接头处残余应力分布规律,分析相邻管子先后焊接对焊接区残余应力的影响,并模拟出不同热处理温度下的残余应力。研究结果表明,管子管板焊接最大径向和环向残余应力出现在焊缝熔合区,最大轴向残余应力出现在管子内表面热影响区。相邻管子先后进行焊接时,后焊管子温度场的作用会使先焊管子焊接区域的残余应力减小。当热处理温度为600℃时,可以有效减小焊接区的残余应力。     

钢板轧后控冷模拟及残余应力反演研究

采用有限元软件Ansys中的实体单元、壳单元及子模型技术模拟钢板的轧后控冷过程,得到钢板冷却后的三维温度场.结果表明,子模型技术是一种可以方便获得最佳网格密度的方法;在同样的网格密度下,壳单元可以获得较实体单元更精确的结果,因而可以使用壳单元对钢板的轧后控冷过程进行高效率的模拟.进一步推广Prime提出的残余应力测量方法,将其应用于钢板残余应力的反演,实现单次切割反演,获得单个切割面处的残余应力分布;提出单向多次切割和正交多次切割方法,以获得钢板内多个截面处的残余应力分布,应用数值模拟验证残余应力反演方法的可行性.该工作为工程中获得钢板内三维残余应力场及预测钢板切割变形提供一种可行的方法.     

汽车变速箱齿轮疲劳裂纹萌生区域预测

以国产某轿车变速箱齿轮为例,对表面强化后齿根附近沿深度的残余应力和硬度的分布预测疲劳强度分布和疲劳裂纹萌生区域进行了详细的研究.变速箱齿轮经过表面强化后,通过齿根附近沿深度的残余应力、硬度分布以及强度和硬度之间的转换关系,得到了齿根附近沿深度的弯曲疲劳极限分布,齿根次表面下0.25mm～0.45mm之间的区域是疲劳危险区,疲劳裂纹萌生从此区域开始,并得到了微观的初步验证,为进一步研究齿轮弯曲疲劳断裂机制和齿轮表面强化工艺提供了理论参考依据.     

铝合金板淬火应力与框形零件变形的数值分析

在ABAQUS软件中模拟了2A12铝合金的淬火过程,进行了实际板材淬火和钻孔法应力测量试验,仿真所得板材表面应力值与实际测量结果误差约为10.1％～16.5％,且都具有对称分布的特点,说明通过淬火仿真获得的板材内应力分布与实际淬火相吻合.基于仿真的应力分布进行加工仿真,研究了单框零件相对板厚位置对加工变形的影响,提出了由板材加工框形零件的加工变形控制策略.     

中厚板的横向波浪矫直研究

用几何分析和数值模拟相结合的方法,研究了具有横向浪形的中厚板在矫直过程中的演化。研究结果表明,具有横向浪形的中厚板可以通过辊式矫直得到矫直;在矫直过程中,浪形处弯曲应力层、应变层发生中性层偏移。由于板材中性层的偏移,使板材的不同部分产生延伸和压缩,这种效应明显地改善了板形。浪形矫直效果产生主要在第1矫直单元和第2矫直单元,随着矫直单元增加,平直精度进一步提高。同时增加压下量,矫直后平直精度将有所提高。     

TC4板孔冷挤压强化残余应力分布与疲劳寿命

开展了不同挤压量下TC4钛合金板孔冷挤压强化有限元仿真研究,得到了挤压强化后最小截面的切向残余应力分布规律,分析了挤压量对受载试样孔边应力分布的影响,探讨了挤压量、残余应力和疲劳增益三者之间的内在关系。采用开缝衬套冷挤压强化工艺对TC4带孔板件进行冷挤压和疲劳验证试验。研究结果表明,挤压强化后的孔边切向压缩残余应力可以有效降低孔周应力集中程度,优化受拉试样最小截面应力分布,改变裂纹源的位置并延长疲劳裂纹的萌生和扩展寿命,有效提高试样疲劳寿命。综合仿真和疲劳试验得到TC4板孔最优挤压量为4%。     

Relations between the stress components and cross-sectional distortion of thin-walled rectangular waveguide tube in rotary draw bending process

The significant cross-sectional distortion is one of the major problems in the bending of thin-walled rectangular waveguide tube. The cross-sectional distortion, which contains the flange distortion and the web distortion, depends on the stress components distribution. In this paper, the cross-sectional distortion characteristics are investigated using a three-dimensional finite element (FE) model. Results show that: the maximum flange distortion locates at the symmetric line; meanwhile, the maximum web distortion locates at the extrados ridge of the tube. The deformation zone of the tube can be divided into three sub-zones considering the loads and deformation, viz., the clamp die affect zone, the middle zone, and the mandrel/cores affect zone. Then the underlying relations between the cross-sectional distortion and the stress components are obtained. It is found that the flange distortion has a close relation with the circumferential stress. At the same time, the web distortion is relevant to both the tangential and the circumferential stress. The above relations are verified by FE models with different cores number. Moreover, some guidelines are introduced to help reduce the cross-sectional distortion.     

厚板窄间隙多道埋弧焊温度和残余应力分布

通过有限元数值模拟的方法,分析厚板窄间隙埋弧焊的温度分布,同时给出了厚板上、下表面和厚度方向上的残余应力分布曲线.通过热电偶构成的温度测量系统测得试板特定点上的温度分布,且在焊接完成冷却一段时间后利用盲孔法测量了试板上、下表面特定点上残余应力大小.有限元计算结果和试验测量结果吻合较好,证明了该有限元模型的合理性,为评价焊接接头性能提供了参考.特别是,在厚度方向上不便测量的残余应力分布曲线可以通过有限元数值模拟的方法获得,为实际考查厚板内部残余应力分布提供依据.对于两者结果有较大偏差的地方,分析该偏差出现的原因.     

低碳钢焊缝金属强度组配对焊接残余应力分布的影响规律

采用热弹塑性有限元方法,对平板对接接头中焊缝金属强度组配对焊接残余应力分布的影响进行了研究。结果表明,对于高组配接头,纵向残余应力的峰值接近焊缝金属的屈服极限,出现在焊缝中心。对于低组配接头,纵向残余应力的峰值接近母材的屈服极限,并发生在焊缝附近。随着对含有残余应力的接头施加外载,焊缝金属强度组配对纵向应力分布的影响依然存在,但残余应力的影响在减小。对承受外载的焊接接头,逐步卸除外载后,焊缝横截面     

残余应力对构件固有频率影响的讨论

以轴焊缝存在残余应力的矩形板为例，建立其残余应力的数学模型。推出存在残余应力时四边简支矩形薄板的固有频率计算公式。从理论和实验的讨论中得出，残余应力越大，固有频率变化越大；频率阶数越高，受残余尖力影响越大等结论。     

Investigation of the coupled distribution of initial and machining-induced residual stress on the surface of thin-walled parts

Residual stress on the machined surface and the subsurface is known to influence the distortion of thin-walled parts. Therefore, it is essential to predict the distribution of surface residual stress accurately. In this paper, the coupled distribution law of initial residual stress and machining-induced residual stress is investigated. Firstly, a model with initial residual stress is established and incorporated into thermal mechanical coupled finite element model of 2-D cutting. Then, a tensile fixture is designed to impose initial stress into a thin-walled part of Al-6061, and cutting experiments are carried out. The residual stress distribution is measured by X-ray diffraction/electropolishing method. The results of experiments and simulation show that in the plastic deformation zone, the initial residual stress has no significant influence on the distribution of the machining-induced residual stress. In the elastic deformation zone, the stress that linear grows along depth from zero to initial residual stress is superimposed on machining-induced residual stress. The mathematical model of stress coupling distribution on the surface of thin-walled parts is established by numerical method. Finally, it is found that the effect of coupled stress distribution on distortion is more significant with the decrease of thickness (from 3 to 0.5 mm) of the thin-walled parts.     

钛合金大厚度试件电子束焊接残余应力有限元分析

基于热弹塑性有限元理论,建立了钛合金大厚度试件电子束移动热源的焊接残余应力三维数值分析模型,分析研究了厚度为75 mm的TC4电子束焊接试件残余应力分布规律。计算结果表明,大厚度电子束焊接试件在焊缝及其附近宽度约40 mm的范围内存在极其复杂残余应力,试件表面的焊缝及其附近20 mm左右的区域存在着对结构强度有利的横向残余压应力,但试件内部残余应力水平要高于表面的残余应力,尤其是在距起始和收尾端10mm及约1/4厚度处的区域,存在着三向的残余拉应力,且数值较高,对钛合金平板电子束焊接接头力学性能将具有重要影响,应引起足够的重视。钛合金平板电子束焊接残余应力的计算结果与实测结果基本一致。     

胶层脱粘对金属胶接修理后剩余强度的影响研究

本文主要研究了胶层脱粘对金属平板复合材料补片胶接修理后拉伸剩余强度的影响。首先根据补片下方剪应力分布解析公式,将胶接修理区域划分为脱粘安全区和脱粘影响区,然后进行了金属平板结构胶接修理的剩余强度试验以研究胶层脱粘的影响,并验证理论分析结果。结果表明:在脱粘安全区内,胶层自身不参与承载,胶层脱粘对金属平板结构的拉伸剩余强度没有影响;而在脱粘影响区内,出现的胶层脱粘会对金属平板结构的拉伸剩余强度产生影响。