基于电阻抗成像技术的金属疲劳损伤检测

电阻抗成像技术(Electrical impedance tomography,EIT)在当今生物医学领域展开了广泛深入的研究,根据其利用材料自身的阻抗特性来表征其内部结构的基本原理,同时研究发现金属材料的疲劳损伤模型与生物组织有诸多相似之处,因此为解决金属材料损伤检测的相关问题,提出一种应用于金属材料疲劳损伤的阻抗法检测技术。根据电阻抗成像、金属材料电特性等相关理论基础,建立了金属材料疲劳损伤的数学物理模型和有限元模型。针对阻抗法成像的正问题、逆问题进行了深入研究,利用有限元仿真方法对边界电位信息进行了提取分析。介绍了基于反投影算法的动态成像技术的实现方法并进行了仿真研究,取得良好的成像效果。对45#钢材料的长方体试样进行了高周疲劳实验,并采用四端法进行微电阻测量,通过多电极模型的测量结果分析,实现了疲劳损伤位置的一维定位检测。     

金属材料疲劳损伤位置的电阻法检测研究

提出了一种对金属材料疲劳损伤位置进行识别的电阻检测方法,对具有代表性的45#钢材料的长方体金属试样进行了高周疲劳加载,采用微电阻检测方法对疲劳试样进行了损伤检测实验,并对实验结果进行了全面的分析。结果表明,该方法可以有效的识别试样左右两侧不对称的损伤状态,为后续的研究奠定基础。     

基于电阻变化的高周疲劳寿命预测

研究金属材料在不同损伤机理时的基于电阻变化的损伤定义，在传导电流的导电截面与承载截面等价的假设条件下，其与有效截面的损伤定义等价。针对纯弯旋转高频疲劳试验，分析考虑材料损伤分布不均匀及电阻率变化的损伤最大值的测量公式，其具有超几何函数的形式；分析表明在材料损伤为0－0．6时其与假设损伤均匀且不计电阻率的情况差别不大，并提出一种近似公式。对结构钢的高周疲劳进行测量，结果与理论预测能较好符合。     

纤维缠绕复合材料管道双轴疲劳寿命预测研究

对纤维缠绕复合材料管道的双轴疲劳行为进行了实验与理论研究。根据多轴疲劳试验的要求,设计了一种新的纤维缠绕成型复合材料薄壁管型试样,通过对不同缠绕角度试样在不同双轴载荷比条件下的双轴疲劳实验,得出了玻璃纤维/环氧树脂薄壁管的应力/寿命曲线。参考金属材料的多轴疲劳失效准则,结合复合材料各向异性的特点,提出了复合材料多轴疲劳失效准则,对不同缠绕角复合材料管道在不同载荷条件下的疲劳寿命进行统一。结果表明:本文提出的失效准则可以把不同缠绕角复合材料在多种载荷条件下的多轴疲劳寿命统一起来,从而根据一个给定缠绕角度试样在某种试验条件下疲劳寿命来预测其它缠绕角度条件下的疲劳寿命,具有非常重要的理论研究价值和工程应用前景。     

概率疲劳强度估算方法和疲劳尺寸效应的分析

从金属材料表面积单元体的疲劳损伤随机演化入手,提出了一种基于微面体串联概率失效模型的构件概率疲劳估算方法。通过对疲劳尺寸效应的分析,得到了构件疲劳尺寸效应的计算公式。理论计算的结果与多种结构钢材料疲劳试验结果吻合良好,使概率疲劳强度估算方法得到初步验证。     

金属材料疲劳寿命评估的研究现状

综述了金属材料疲劳失效分析的基本过程和疲劳寿命评估方法,重点介绍了工程中常用的Miner线性累积损伤理论、能量法、弹塑性有限元法、超载迟滞模型等评估理论和模型,分析了这几种方法和模型的适用条件及优缺点。随着试验技术和计算机模拟技术的发展,假设条件将更精确,采用试验和计算机模拟技术相结合的方法预测和评估金属材料疲劳寿命是今后的发展方向。     

地铁用制动电阻非线性温度场的分析

考虑温度对金属材料热物理性能的影响，建立了地铁制动电阻片的材料模型及非线性瞬态温度场的有限元分析模型。在有限元分析模型中引入了牛顿迭代法，以使每一时间步长的末端温度满足某一限制条件而平衡收敛。通过计算结果分析，提出了降低电阻片表面温度的方法。     

金属材料超高周疲劳研究进展

随着机械装备很多关键零部件设计寿命的提高,超高周疲劳研究已经成为工程材料研究领域一个新的热点问题,近几十年来在世界各地得到广泛开展.文中综述国内外金属材料超高周疲劳研究取得的成果,特别是近十年来在金属材料超高周疲劳试验方法、疲劳行为特征、机理和寿命预测等方面的进展,重点讨论超高周疲劳裂纹萌生和扩展的研究中得到的试验结果和形成的理论模型.指出超高周疲劳研究现有理论和计算模型存在的不足,并提出几个值得进一步研究的问题和有价值的研究方法.     

低周疲劳失效寿命估算

在理论和实验分析的基础上给出了在应变控制条件下低周疲劳失效寿命估算的一种工程实用方法，该方法可以计算多级载荷谱作用下的疲劳失效寿命，也可以用于估算不同温度和应变速率作用下的疲劳失效率寿命，计算结果与不锈钢的实验数据进行了比较。     

最大主应力预测点焊疲劳寿命研究

采用基于最大主应力的点焊疲劳寿命预测方法对拉剪受力状态下的电阻点焊疲劳寿命进行有限元模拟。使用壳单元、CWELD点焊连接单元建立点焊有限元模型,利用商业有限元软件Nastran进行线弹性分析。通过对比分析线弹性有限元分析结果、焊接接头疲劳试验数据,拟合出基于最大主应力的点焊疲劳寿命S-N曲线,并依据拟合的S-N曲线和有限元分析取得的最大主应力预测不同载荷水平下的点焊疲劳寿命。疲劳寿命预测结果与疲劳实验结果对比表明,不同载荷下的点焊疲劳寿命预测结果与实验寿命有良好的一致性。     

紫外激光单脉冲辐照损伤金属薄膜的数值模拟研究

针对不同厚度的镍膜以及金膜,利用多物理场耦合分析软件COMSOL Multiphysics研究了波长248nm、矩形脉冲宽度14ns激光辐照损伤阈值随膜厚变化的物理过程。本研究与他人的理论计算和实验测得的结果基本一致,研究表明:在高强度单脉冲激光均匀辐照下,金属薄膜表面的损伤主要是由于激光能量在其材料内部的沉积而导致的热效应引起的;当金属薄膜的厚度小于其光学吸收长度时(镍膜厚度<8nm,金膜厚度<12nm),其熔融损伤阈值随着薄膜厚度的增加而减小;当薄膜厚度大于光学吸收长度而小于其热扩散长度时(镍膜厚度8~730nm,金膜厚度12~1 050nm),其熔融损伤阈值随薄膜厚度增加而线性增加;当薄膜厚度大于其热扩散长度时(镍膜厚度>730nm,金膜厚度>1 050nm),其熔融损伤阈值随薄膜厚度的增大基本保持不变。     

成形极限曲线的新概念

失稳理论是成形极限曲线（ＦＬＣ）的理论基础。本文论述了ＦＬＣ理论研究中存在的问题。研究指出：一般出厂板的表面状况不会影响板料的集中失稳；板内损伤平面应变时最严重；双拉时，板内损伤的积累、发展，导致应力状态向平面应变漂移；拉压时，载荷失稳后引起的双拉，也会导致平面应变。因此平面应变状态的出现是板料集中失稳的共同原因。在此基础上，建立了ＦＬＣ左右两半部统一的模型。新模型与试验结果符合良好，优于Ｍ－Ｋ理论。     

基寸电阻法的铝合金疲劳损伤表征

基于电阻法定义了表征铝合金构件疲劳损伤程度的损伤变量,并给出了铝合金疲劳损伤累积模型,以及基于电阻变化的疲劳剩余寿命预测公式。通过6A02铝合金疲劳试验,对得到的理论预测公式进行了验证。结果表明,基于电阻的损伤变量能够较好地反映出铝合金材料的疲劳损伤过程,理论预测模型对于铝合金材料高循环周次疲劳剩余寿命具有较高的预测精度,而对于低循环周次疲劳剩余寿命的预测能力有限。本文给出的模型具有一定的工程参考价值。     

钢塑共挤模具分流段成形过程数值模拟

以聚合物挤出过程模拟的罚有限元模型为基础,采用VC++语言自主开发了模拟软件,对Carreau流体在钢塑共挤模具分流段的流动过程进行模拟,获得模具内聚合物熔体的三维速度场分布,采用SUPG方法求解能量方程,在对流项占优的情况下获得温度场的分布,分析不同体积流量对速度的影响。结果表明实例分析给出钢塑共挤模具内流场的一般规律对模具设计具有一定的指导意义。     

杯——杆型复合挤压过程的上限元模拟

本文阐述了利用上限单元技术（UBET）模拟金属流动规律的原理及方法。补充推证了上限单元的基本方程,并按总上限功率最小原则模拟了不同变形程度和不同锥角下的复合挤压的变形力及金属流动的变化规律。给出了一般杯——杆复合挤压的变形模式和计算两端金属流出量的近似公式。本文进行了实验验证,理论结果与实测结果基本一致。     

金属探测器在水射流切割中的应用研究

针对在高压水射流切割过程中可视性差,喷头极易与切割件产生硬性接触,造成损坏之问题。文中将金属探测器应用在高压水射流设备上,通过对金属探测器进行理论研究,使用等效阻抗法对金属探测器原理进行分析,选择适当的金属探测器调整参数后进行实验,最后检验了金属探测器安装在高压水射流切割设备并进行金属物件实际切割的效果,能够做到超前预警,从而保护了喷嘴,提高了作业效率。     

Resistance to wear and cavitation erosion of bearing alloys

Sliding wear and vibratory cavitation erosion tests in paraffin oil were carried out on bearing alloys, i.e. tin-based and lead-based white metals, Cu-Pb alloy and leaded bronze. In lubricated wear under mild conditions the surface is worn smooth and a slight difference exists between the wear resistances of the four alloys. In cavitation erosion an eroded surface which is much rougher than the worn surface is formed. Cavitation erosion is affected strongly by the composition and crystal structure of the alloy and thus the erosion resistances of the four alloys differ greatly, the ranking of resistance being lead-based white metal < Cu-Pb alloy < tin-based white metal < leaded bronze. The surface damage, which is caused by the joint action of cavitation erosion and wear, was also investigated by rubbing the eroded surfaces which had been exposed to cavitation erosion for various times. This damage becomes larger with increasing cavitation damage. The resistance to this damage differs much more in the four alloys tested and tends to correlate with the results of the erosion tests rather than those of the wear tests. Therefore, it is clear that the cavitation erosion resistance should be considered in the selection of bearing materials.     

中碳钢疲劳试验的磁记忆检测

金属磁记忆检测技术是无损检测领域新兴的检测手段,由于其具有独特的检测理念,被期望能够在铁磁性金属构件早期损伤阶段即进行准确的无损检验工作,但是该技术仍处于发展初期,需要开展大量基础性研究工作来探究其机理和应用范围.通过不同加载方式的疲劳试验,研究疲劳载荷作用下中碳45钢试件磁记忆信号的变化情况.研究表明:指定疲劳方式下试件磁记忆信号随疲劳循环次数增加呈现规律性变化;磁记忆检测高载疲劳损伤的能力优于低载疲劳损伤,对含缺陷试件疲劳损伤的判别强于无缺陷试件.分析磁记忆现象的成因,认为疲劳作用促使试件受载薄弱区域位错应力场形成和成长,使该区域磁畴分布明显异于正常区域,进而以特殊磁信号形式表现出来.试验表明:磁记忆检测技术有助于评判金属材料的损伤情况,但评判的准确性会受到加载条件和试件形貌等多种因素的影响.     

An anisotropic damage-based plastic yield criterion and its application to analysis of metal forming process

Based on the continuum damage mechanics (CDM), both the total damage growth force and the damage equivalent stress has been firstly derived. Material and damage are considered to be anisotropic in this theoretical model. A new damage-based plastic yield criterion, where the damage equivalent stress is taken as the yield function, and the corresponding damage evolution equation has been established. A relation between the damage variable and the plastic deformation has been proposed. This relation can be applied to obtain the damage history in terms of Moiré photo-mechanics technology in this work. In addition, from the anisotropic damage-based plastic yield criterion presented, the large-scale finite element codes ABAQUS/Explicit in conjunction with the damage experimental results has been then used to calculate some mechanical variable fields in metal forming process. It has finally been verified that the position corresponding to the maximum value in damage equivalent stress field accurately coincides with the initial place of macro-crack given by Erichsen cupping tests carried out by authors.     

金属橡胶材料疲劳损伤性能研究

对设计制作的固支圆盘形金属橡胶构件进行疲劳损伤特性试验研究,对其疲劳损伤性能的分析表明金属橡胶材料的疲劳破坏不同于实体材料,它不会发生突然断裂失效,其疲劳破坏形式主要是其内部的金属丝产生局部断裂、破碎和磨损,从而在构件内部产生累积损伤,宏观上表现为承载能力和耗能性能不断衰减;通过对其内部金属丝两种典型勾连结构耗能方式随振动周期变化情况的分析,揭示金属橡胶材料疲劳损伤机理主要是其内部勾连结构滑移挤压方式的不同及金属丝间的微动摩擦、磨损及断裂;用刚度损伤和阻尼损伤描述金属橡胶的疲劳损伤过程,并提出综合损伤因子D作为金属橡胶疲劳失效判据。