飞机机身蒙皮均布增压疲劳裂纹萌生实验与仿真研究

用自制飞机机身蒙皮均布增压疲劳模拟装置做实验,研究了机身结构蒙皮在均布增压循环载荷0 Psi～7.8Psi作用下的疲劳裂纹萌生情况。并通过有限元仿真分析,研究了机身结构蒙皮疲劳裂纹萌生位置以及疲劳裂纹萌生的先后顺序。研究表明,结构蒙皮在均布增压疲劳载荷作用下,拉钉孔左、右侧会发生疲劳裂纹萌生,疲劳裂纹萌生顺序主要与拉钉孔左、右侧的最大von Mises应力值大小有关,同时受结构蒙皮连接紧度的影响。     

含钒高氮高强耐候钢结晶器保护渣开发

针对含钒高氮高强耐候钢成分中V、N元素含量较高,且碳含量处在包晶反应区,浇铸过程中容易产生皮下网状裂纹缺陷的问题,在分析缺陷原因以及钢种浇铸对保护渣特殊要求的基础上,从保护渣结晶性能、润滑性能和配碳模式3个方面设计开发了适应该类钢种浇铸的结晶器保护渣理化性能指标。从现场推广应用效果来看,浇铸拉速由原来的0.70~0.75 m/min提高到0.90~0.95 m/min,保护渣液渣层厚度控制在9~11 mm,消耗量控制在0.45~0.65 kg/t,Q450NQR1高强耐候钢铸坯表面无缺陷率达到90.14%,热轧板卷起层缺陷率由41.29%降至4.24%。     

管道裂纹泄漏率计算软件开发

管道裂纹泄漏率是破前漏评价的关键参数,用于确定管道能否应用破前漏技术。开展管道裂纹泄漏率计算理论研究,基于研究成果,开发管道裂纹泄漏率计算软件PICLES,并结合工程应用实际,对软件功能进行扩展,以便直接计算泄漏监测能力下的裂纹长度。采用与目标软件对比计算的方式验证软件的有效性。结果表明:软件的计算结果与目标软件一致,可应用于管道破前漏评价;可扩展功能有效地提高了工作效率。     

基于磁偶极子的隔水管疲劳裂纹检测试验研究

为了获得隔水管疲劳裂纹长度并判定其疲劳损伤状态,采用金属磁记忆检测法对隔水管用X80管线钢在疲劳裂纹萌生、扩展及断裂阶段的磁记忆信号进行检测,研究磁记忆检测信号随疲劳裂纹长度变化的关系,采用磁偶极子理论建立了疲劳裂纹萌生直到断裂过程的磁场分布模型,通过对比分析验证了模型的正确性。分析结果表明:伴随着疲劳裂纹长度增加,磁场切向分量具有极大值,且极大值不断增大,磁场法向分量过零点,且零点两侧峰值不断增大;磁场切向分量峰值及法向分量峰峰值随着疲劳裂纹长度增加近似呈线性增大,通过提取磁记忆检测信号特征参数变化可以判定疲劳裂纹长度的变化。所得结论为磁记忆检测技术应用于隔水管疲劳损伤检测提供了技术支撑。     

PDMS基片表面的光刻胶图形化工艺研究

在聚二甲基硅氧烷(PDMS)微纳米器件的制造过程中,经常需要在PDMS基片表面进行光刻胶的图形化。建立了一种PDMS基片表面的光刻胶图形化工艺。通过对PDMS基片表面进行氧等离子体改性处理,提高了PDMS的表面润湿性,使得光刻胶可以均匀地旋涂在PDMS基片表面;提出利用室温下长时间静置代替常规的光刻胶前烘工艺,有效避免了光刻胶在前烘过程中裂纹的产生。最后,作为工艺验证,在PDMS基片表面成功制作出了复杂的光刻胶微阵列图案。     

涡流脉冲热像检测中金属疲劳裂纹的生热分析

涡流脉冲热像技术是一种将电磁生热和红外热成像相结合的新型无损检测技术。针对金属疲劳裂纹生热研究不深入的问题,本文以含有贯穿的疲劳裂纹金属平板试件为研究对象,搭建了涡流脉冲热像检测实验系统,并建立了涡流脉冲热像有限元模型,分析了涡流脉冲热像检测中裂纹生热的规律。研究结果表明:在红外热像中,同一时刻越靠近裂纹根部的位置,温升的最大值越大;在激励过程中,裂纹区域的温升逐渐升高,当激励结束时,裂纹区域的温升则具有逐渐下降趋势,并且呈现先迅速后缓慢的下降速度。进一步揭示了裂纹尺寸对裂纹区域温升的影响。     

温度梯度对激光熔覆层裂纹产生的影响

为了减少激光熔覆技术中因温度梯度大而产生的熔覆层裂纹，在激光熔覆过程中采用预热基体的方法来减小温度梯度。采用ANSYS软件建立45#钢基材上激光熔覆镍基金属粉末的多道搭接温度场有限元模型，通过热电偶测温验证模型的可靠性，利用建立的有限元模型分析熔覆层在熔覆过程中熔覆层边缘的温度梯度变化规律以及基材预热温度对熔覆层温度梯度的影响。结果表明，最大温度梯度位于熔覆层与基体结合界面的边缘，使得此处成为金属熔池凝固的极端条件，导致此处极易产生裂纹；在基材预热为200℃时，可以显著降低熔覆层凝固过程中的温度梯度，温度梯度的降低越明显，越能有效地抑制裂纹产生。通过模拟与实验的结合为实际激光熔覆制造提供了切实可行的参考依据。     

节镍奥氏体不锈钢表面质量改善研究

利用Thermo-Calc热力学软件对节镍奥氏体不锈钢凝固模式和相组织转变温度等进行了模拟计算分析,借助Gleeble-3800热模拟机测试了铸坯高温塑性,利用EPMA探针分析了钢卷表面裂纹脱皮缺陷的微观形貌和微区成分。试验结果表明:节镍奥氏体不锈钢存在类似于低碳钢的包晶反应,会导致铸坯纵裂纹及塑性降低。基于Thermo-Calc模拟计算,对节镍奥氏体不锈钢的化学成分进行了优化,成分优化后,铸坯纵裂纹发生率由8.92%降到2.64%,钢卷裂纹脱皮发生率由12.45%降到3.77%。