镍基单晶合金压痕蠕变研究

为了探索用压痕法确定晶体学蠕变应力指数的可行性,采用晶体塑性理论模型对不同取向镍基单晶合金压痕蠕变行为进行了有限元模拟。研究表明,晶体学对称性会导致压痕表面应力呈现特定的对称性;晶体取向对压痕蠕变深度及其扩展速率具有显著的影响。通过开展不同载荷下的压痕蠕变模拟,获得相应的稳态压痕深度扩展速率,再通过线性回归的方法可有效获得晶体学蠕变应力指数。本文提出的确定蠕变应力指数的方法不受晶体取向的影响,有望应用于各向异性高温合金蠕变性能评估。     

应力松弛法确定材料蠕变参数

对圆棒试件在不同初始应力下的单轴拉伸应力松弛过程进行了有限元模拟。假定材料的蠕变行为遵循Norton蠕变法则:ε=Bσ(ε为蠕变速率,B为蠕变常数,σ为施加的应力),通过对应力松弛曲线的分析和推导,提出了2种通过应力松弛试验来确定材料蠕变参数的新方法。第1种方法仅需要单次的应力松弛试验即可得到材料的蠕变应力指数;第2种方法需首先通过外推法求得初始应力松弛速率,进而通过多条应力松弛曲线求得蠕变应力指数。提出的方法为高温材料蠕变力学性能的测定提供了一条新思路。     

喷丸过程中的摩擦影响研究

为定性研究摩擦对喷丸过程的影响,在ABAQUS中建立了喷丸过程三维有限元模型,采用动态显示求解器对不同摩擦系数下的喷丸过程进行了数值模拟。结果表明:摩擦系数对能量转化的影响较小,最大摩擦耗散能仅为总能量的1.25%;摩擦力的存在使得最大残余压应力变大,同时使得压应力区变深;摩擦对表面残余应力的影响较为显著,且存在最优的摩擦系数,使得表面呈现最大残余压应力。     

双剪切连接件钉传载荷分析及其均化处理

采用试验和有限元分析相结合的方法开展双剪切连接件钉传载荷研究。通过有限元软件ABAQUS开展双剪切连接件数值模拟研究,数值模拟中综合考虑连接件的摩擦、接触和预紧力。数值模拟得到的钉传载荷分配比率与动态应变采集仪测得的试验结果相吻合,验证了有限元模型的正确性。在此模型基础上分析了过盈和间隙配合对钉传载荷分配比率均化效果的影响。分析结果表明:双剪切连接件搭接板最大应力发生在中板的靠近单板钉孔处,合理安排各孔的过盈及间隙配合能够均化各钉传载荷比率,提高孔的承载能力。     

晶体取向对镍基单晶高温合金纳米压痕行为的影响

为了研究晶体取向对镍基单晶高温合金纳米压痕行为的影响，采用带原子力显微镜的Berkovich压头对[001], [011]和[111]取向的镍基单晶高温合金开展了纳米压痕试验。试验结果显示晶体取向对压痕载荷-深度曲线、硬度和弹性模量有显著影响。晶体取向会影响γ^"强化相形状和体积分数，进而会影响其力学性能。采用晶体塑性理论对三种典型晶体取向下的纳米压痕响应和分解切应力分布开展有限元模拟，模拟结果与试验结果符合得较好。     

斜搭接连接件疲劳特性分析

为了研究搭接角度对斜搭接连接件疲劳特性影响的规律,对不同搭接角度的斜搭接连接件进行了疲劳试验,并利用有限元软件对紧固孔在拉伸状态时的应力场进行了分析,采用名义应力法对紧固孔的疲劳寿命进行了估算。结果表明:失效部位发生在第一排孔边处;疲劳寿命随着搭接角度的增加而增大;搭接角度与疲劳寿命近似曲线关系为lg N=6.047-1.020×0.6601α。     

喷丸介质对喷丸铝合金疲劳寿命的影响研究

研究了铸钢丸和玻璃丸对2024喷丸铝合金疲劳寿命的影响。结果表明:铸钢丸喷丸的抗疲劳强化效果优于玻璃丸的强化效果。     

喷丸过程中的能量转化及残余应力分布研究

本文建立了喷丸表面强化过程的三维有限元模型,研究了靶材的力学性能及弹丸喷射速度对能量转化率和残余应力分布的影响规律。通过对有限元计算结果的分析发现,杨氏模量与屈服强度之比E/&;#61555;y较大,应变硬化率较低的靶材喷丸效率较高。屈服强度的提高使得最大残余压应力变大,残余压应力场深度变小。应变硬化率和喷丸速度的提高均会使最大残余压应力及其深度变大,同时会使表面残余压应力减小并向拉应力转变。本文的研究结果从能量转化的角度为喷丸强化件材料的选择提供了理论基础     

压痕法确定热障涂层蠕变参数

对单相半无限大材料和涂层/基体材料系统分别进行平头压痕蠕变试验的有限元模拟。对于每一种材料系统,分别考虑不同尺寸的压头,研究压头尺寸对涂层/基体材料系统压痕蠕变应力指数的影响规律。通过对有限元计算结果的分析,提出一个考虑压头尺寸的权重函数来量化涂层和基体对涂层/基体系统压痕蠕变指数的影响程度。基于此权重函数,提出一个确定涂层蠕变指数的分析法。最后根据压头尺寸对涂层/基体系统压痕蠕变指数的影响规律,提出确定涂层蠕变指数的外推法     

表面粗糙度对喷丸残余应力场的影响

为定性研究表面粗糙度对喷丸残余应力场的影响,采用余弦曲线模拟靶材粗糙表面,建立喷丸二维有限元模型,采用ABAQUS/EXPLICIT求解器对喷丸过程进行数值模拟,研究了表面粗糙度喷丸残余应力场的影响规律,分析了同一粗糙度下弹丸尺寸和喷射速度对喷丸残余应力场的影响规律,并与表面理想光滑时的情况进行了对比.结果表明,表面粗糙度的增加使残余压应力区变浅变薄,甚至使靶材表面产生残余拉应力,不利于喷丸强化件抗疲劳性能的提高,喷丸件表面应尽可能光滑以改善喷丸效果.