基于有限元分析的裂纹比拟法估算微动疲劳寿命

采用Ansys有限元软件对方足微动桥/平面试样接触状态进行分析,确定试样微动接触面上应力场分布和接触面三区(黏着区、滑移区、张开区)分布特征,分析接触面上接触状态随外加交变载荷的变化规律,在此基础上改进微动疲劳(fretting fatigue,FF)寿命估算的裂纹比拟法(crack analogue method,CAM)。选取不同水平的循环载荷及不同名义接触压力对Ti811钛合金试样在350℃下进行微动疲劳试验,验证改进裂纹比拟法(modified crack analogue method,MCAM)的准确性。结果表明,微动疲劳中接触面压应力与剪应力在黏/滑交界区存在突变,张应力幅在滑移/张开分界处达到最大值,裂纹易在此萌生并扩展。改进的裂纹比拟法估算值与实验结果取得良好的一致性。     

钛合金表面硅电极电火花强化及其耐磨性能

用硅电极分别在空气和硅油中对钛合金表面进行了电火花沉积强化改性。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、辉光放电光谱仪分析了改性层的形态、结构和成分分布,采用显微硬度计测试了改性层的硬度分布,通过电化学极化曲线和交流阻抗技术测试评价了改性层的耐蚀性,利用球-盘磨损试验机研究了改性层的耐空气环境磨损与耐NaCl水溶液腐蚀磨损性能。研究结果表明:硅电极在空气中电火花强化Ti6Al4V合金表面,形成约40μm厚合金化改性层,主要物相为Ti5Si3、TiSi2、Si和TiN,硬度达2180HK。硅电极在硅油介质中电火花强化Ti6Al4V合金表面,形成约40μm厚的合金化改性层,主要物相为Ti5Si3、TiSi2和TiC,硬度达1810HK。硅电极电火花强化改性层的组成和硬度沿层深均呈梯度变化。硅电极电火花强化改性层显著提高了钛合金基材的抗空气环境干磨损性能,显著提高了钛合金基材的耐NaCl水溶液腐蚀磨损性能。     

N80油管钢腐蚀产物膜的力学性能研究

研究了气体分压、温度和缓蚀剂等腐蚀环境因素对油管钢N80腐蚀产物膜的硬度和膜基结合强度的影响,探讨了产物膜硬度、膜基结合强度与腐蚀速率的相关性,发现油管钢平均腐蚀速率随腐蚀产物膜硬度增大或膜基结合强度的提高而降低,并建立了产物膜硬度、膜基结合强度与平均腐蚀速率间的定量关系.研究表明,要减缓基体的腐蚀速率,腐蚀产物膜的力学性能必须大于某临界值;添加适当的缓蚀剂可以提高腐蚀产物膜的力学性能,从而起到有效控制油管钢腐蚀的作用.     

微动疲劳裂纹萌生位置及形成方式研究

着重研究了微动桥足不同几何形状——方足(r=0mm)及带不同半径r(0.3mm、0.6mm、0.9mm)对微动区接触应力的影响,用不同的r值模拟微动桥足在微动疲劳中的磨损状况。采用ANSYS有限元分析软件详细计算了接触表面的应力分布和磨损区、粘着区、滑动区及张开区的大小,进而讨论裂纹的萌生位置,并建立了不同的r大小即磨损状况与裂纹萌生位置的关系。同时针对方足微动桥/平面试件的接触几何,计算了不同名义接触压力分布形式对接触面上应力分布的影响。此外,还对方足微动桥/平面试件接触几何进行了三维有限元分析,证明了萌生裂纹通常是以多源方式同时出现。计算结果与实验结果吻合很好。     

铁轨钢与不锈钢在模拟雨水环境中的电偶腐蚀行为

采用电化学测试技术和盐雾腐蚀试验方法，研究了U71Mn铁轨钢与1Cr13、2Cr13、1Cr18Ni9三种不锈钢在模拟雨水环境中的电偶腐蚀行为，以期为解决火车在站位置检测技术提供依据。结果表明：当阴、阳极面积相等时，U71Mn钢与三种不锈钢间的电偶腐蚀敏感性均较高，其中在模拟酸雨环境中，三种电偶对的腐蚀电流较为接近；而在中性环境中，1Cr18Ni9／U71Mn电偶对的腐蚀电流最大。在模拟酸雨环境中，对于大阳极／小阴极焊接结构，不锈钢阴极腐蚀轻微，U71Mn阳极腐蚀严重，但是以自腐蚀为主，电偶腐蚀影响较小。中性雨水环境中铁轨钢上焊接1Cr13不锈钢带，酸雨环境中铁轨钢上焊接1Cr18Ni9不锈钢带，是解决火车在站位置检测的可行性技术途径。     

考虑气温因素的负荷特性统计指标关联特征数据挖掘

在电力系统负荷特性统计指标和气温日益积累大数据背景下,有效提取数据之间关联特征对电力系统规划和运行具有重大意义。为此,提出一种气温对负荷特性指标影响及其内在关联特征数据挖掘的方法。考虑气温季节特征进行分季度建模,首先通过物理关系和皮尔森相关系数获得气温和负荷特性指标任意两因素之间的相关性特征;然后在多变量时间序列平稳性检验基础上,对水平不平稳的同阶单整时间序列进行协整检验和向量误差修正(vector error correction,VEC)建模以获取其长期同步运动趋势及短期波动特性;进一步通过对变量差分化后的平稳时间序列的向量自回归(vector auto-regression,VAR)建模提取多因素变化量间的动态关系,结合格兰杰因果检验挖掘因素变化量之间的因果引导关系。针对华中某省级电网2006年至2010年负荷特性实际统计数据及相应气温数据的实例分析验证了文中方法的正确性和有效性,方法已在实际电网负荷特性统计分析中得到应用。     

电偶腐蚀的影响因素研究

以2A12/45和2A12/40CrNiMoA为研究对象,采用电偶腐蚀实验方法系统研究了溶液浓度、pH值以及材料特性和外力等因素对电偶腐蚀行为的影响。结果表明:pH值不变,随着溶液浓度的升高,两个偶对的电偶电流密度增大;溶液浓度不变,随着溶液pH值的降低,两个偶对的电偶电流密度增大;从腐蚀形态来看,不同浓度下2A12表面的腐蚀形态主要是不均匀的点蚀,pH=2时为均匀腐蚀,而在pH=4和pH=7时为局部的点蚀;应力的变化不仅对电偶电流密度有明显影响,而且承受的应力水平增大,电偶电流密度增加,电偶腐蚀敏感性提高,无应力时,作为阳极的2A12铝合金表面的腐蚀形式是局部的点蚀,且腐蚀产物附着在金属表面,当外加应力增加到75%σs时2A12铝合金表面腐蚀明显加剧,且随着腐蚀产物的脱落,局部区域出现较大的蚀坑。     

离子渗氮AISI 420马氏体不锈钢耐蚀行为研究

采用不同温度对AISI 420马氏体不锈钢进行离子渗氮处理.借助光学显微镜和X射线衍射(XRD)技术分析了渗氮层的微观组织结构,利用显微硬度计测试了渗氮层的硬度分布,通过电化学极化曲线测试和盐雾腐蚀试验研究了离子渗氮AISI 420不锈钢在模拟工业环境中的腐蚀行为.结果表明:AISI 420不锈钢350℃低温离子渗氮层由ε-Fe3N和N过饱和固溶体αN相组成,其化学稳定性高,加之固溶Cr元素的联合作用,明显提高了AISI 420不锈钢基材的腐蚀抗力.AISI 420钢经450℃和550℃渗氮处理,渗氮层中的αN分解成了α相和CrN,造成基体贫Cr,降低了基材的耐蚀性能.马氏体不锈钢低温离子渗氮处理不仅可以提高表面硬度,而且可以获得良好的耐蚀性能.     

Ti6Al4V合金渗镀Cr-Mo表面改性层组织结构及其耐磨特性研究

采用双层辉光离子渗技术在Ti6Al4V合金表面进行多元合金化,形成均匀致密的Cr-Mo合金渗层.通过GDOES、XRD等手段标定表层成分和相结构,借助显微硬度计和球盘磨损仪测试合金渗层的性能.结果表明:合金渗层中合金化元素Cr与Mo呈梯度分布,主要由化合物Cr_(1.93)Ti_(1.07)、Cr_2Ti、Cr_2Ti_4O_(11)等相构成;改性的Ti6Al4V合金表面硬度有较大程度的提高,抗磨损性能明显改善.     

钛表面辉光等离子制备Ti-Pd合金层耐蚀性能分析

采用辉光等离子冶金技术在纯钛表面制备了Ti-Pd合金层,并对Ti-Pd合金层的耐蚀性进行了研究。结果表明:合金层在100℃的NaCl饱和溶液+HCl溶液以及40℃下8.6%H2SO4溶液中的耐缝隙腐蚀性能优于Ti-0.2Pd合金;在室温80%H2SO4的条件下,腐蚀速率仅为0.682mm/a,是Ti-0.2Pd合金的18.2%;在室温30%HCl的条件下,表面Ti-Pd的腐蚀速率仅为0.004mm/a,是Ti-0.2Pd合金的12.5%。