超声振动辅助滚压参数对钛合金表面残余应力的影响

结合有限元分析和实验研究,基于与普通滚压工艺的对比,对超声振动辅助滚压强化钛合金表面的残余应力场进行分析,获得了沿改性层深度方向的残余应力变化和瞬态应力分布云图。结果表明:与普通滚压相比,超声振动辅助滚压可改变滚压头和材料表面接触力的作用方式,使应力波沿着材料深度方向动态传播,从而产生更深的残余压应力影响层,并导致压应力层下移。在实验参数条件下,最大残余压应力值和表面残余应力值都随着静压力的增大而显著增大;随着主轴转速的增大,最大残余压应力值明显单调增加,而最大残余压应力层深度逐渐减小;振幅对残余应力场的影响不十分显著。     

超声表面滚压对管线钢裂纹尖端应力场的影响分析

建立含裂纹缺陷四点弯和超声表面滚压加工的耦合三维有限元模型,使用有限元软件ABAQUS模拟了四点弯及超声表面滚压加工过程.分析了超声滚压加工前后四点弯试样三维静态裂纹的张开角度、位移、裂纹尖端应力场和J积分变化规律,讨论了超声表面滚压加工抑制裂纹扩展的机理.结果表明,超声滚压处理后,四点弯试样表层裂纹发生闭合,内部裂纹张开角度和位移明显小于未进行超声滚压处理的试样;USRP处理后裂纹尖端的拉应力降低,且距离超过裂纹尖端0.06 mm的应力由拉应力转变为压应力;USRP处理的位置处J积分数值显著减小,裂纹扩展倾向降低.     

7050铝合金二维超声滚压加工残余应力场研究

目的研究二维超声滚压后7050铝合金残余应力场的形成过程和表层残余应力的分布规律。方法利用有限元软件模拟二维超声滚压加工,分析残余应力场的形成过程及表层残余应力的分布规律;采用正交试验方法进行7050铝合金二维超声滚压加工试验,研究工艺参数对表面残余应力的影响规律,并与有限元分析结果相对比,验证有限元模拟的合理性。结果在二维超声滚压加工过程中,7050铝合金表层材料应力随时间先减小后增大,最后趋于稳定,形成残余应力。残余压应力沿滚压深度方向先增大后减小,再转化为残余拉应力。残余压应力层厚度约为1.05 mm,最大残余压应力值约为285 MPa。在相同的工艺参数下,有限元分析结果与试验结果基本吻合。静压力对表面残余应力的形成影响最大,表面残余压应力随静压力的增大而增大。结论二维超声滚压加工使7050铝合金表面发生剧烈的塑性变形,并形成一定深度的残余压应力。铝合金表面残余压应力随静压力的增大而增大,而与转速和进给量无关。     

焊接残余应力对管线钢防腐性能的影响

借助有限元分析手段对X80管线钢对接接头的残余应力进行仿真计算,得到残余应力分布情况.采用X射线衍射法和盲孔法对预测结果进行试验验证.结果表明,周向残余应力总体变化趋势呈现先增大,稳弧后应力平稳达到峰值位置保持,在接近收弧位置,残余应力值减小;轴向残余应力总体变化趋势呈现先增大,残余应力达到峰值位置后平稳下降.残余应力仿真预测结果与两种测量方法所得结果相吻合,X射线衍射法结果高于盲孔法应力结果.通过有限元仿真技术预测应力较大位置,此技术对有效防止应力腐蚀开裂有一定的工程应用指导意义.     

X80管线钢电磁超声残余应力检测精度的影响因素

管道运输中X80管线钢应用较为广泛,实际管道焊接大多使用半自动焊,难免存在焊接缺陷,在使用过程中会造成应力集中,可能导致管道破裂、石油泄漏等重大事故。为了促进电磁超声残余应力检测在管线钢中的应用,采用电磁超声系统,测试了X80管线钢残余应力检测的最佳参数。试验结果表明,电磁超声残余应力检测系统的6次回波测试精度为60 MPa;得出了电磁超声残余应力检测应力系数、信噪比随回波次数的变化关系,回波次数和应力系数、信噪比之间存在最佳取值,最后对薄板、厚板的电磁超声残余应力检测提出了一些建议。     

静压力对超声滚压表层特性的影响

目的研究不同静压力对试样表面形貌、粗糙度、晶粒细化程度、随表层深度变化的显微硬度和残余应力的影响。方法运用超声滚压加工技术,采用HEU-Ⅱ系列的超声滚压设备和卧式车床对AISI304不锈钢进行处理,改变静压力,其余参数不变。利用综合扫描电子显微镜、触针式粗糙度仪、金相显微镜、显微硬度仪和X射线衍射分析仪等进行检测分析。结果静压力在300~800 N时能获取较好表面质量,超过800 N后会对表面产生损伤,出现细纹。通过XRD分析,静压力越大,晶粒细化程度越高,X衍射峰的宽化程度也越小。试样表层硬化层深度和硬度随静压力增大而增加,600 N时的硬化层比200 N时增加150μm,硬度增加35%,残余应力在表面表现为压应力,随着静压力增加而增加。当静压力增大到600 N时,最大残余应力由表面转移至材料内部。结论静压力参数在一定的范围内会产生很好的加工效果,超过一定的范围则会带来不良影响,这为运用超声滚压技术加工精密工件奠定了理论基础。     

42CrMo钢超声滚压残余应力及等效塑性应变研究

基于接触力学模型,建立了超声滚压加工残余应力分布的理论模型,模拟了不同静压力、进给速度和振幅下的超声滚压加工过程,分析了超声滚压加工后残余应力和等效塑性应变的分布情况。结果表明,试样表面会发生不同程度的塑性变形并产生残余压应力。随着深度的增加,残余压应力逐渐增大,在深度为0.4 mm处达到最大值,之后逐渐转为残余拉应力,最后残余拉应力和残余压应力趋于平衡。随着深度的增加,等效塑性应变先增大后逐渐减小,最后在深度约1 mm处达到0。加工参数中静压力对残余应力和等效塑性应变的影响最为显著,最大残余压应力和等效塑性应变随着静压力的增大而增大,最大残余压应力和最大等效塑性应变分别为-910.07 MPa和0.46。对比残余应力实验和仿真结果,发现二者残余应力随加工参数的变化规律一致,并且误差范围基本保持在10%以内,验证了有限元模型的准确性和有效性。     

超声冲击对焊接结构残余应力的影响

以Q345钢结构箱型柱为对象,研究了超声冲击工艺对焊接残余应力的影响。对电渣焊和埋弧焊两种焊缝进行了超声冲击试验,其中埋弧焊焊缝采用了全覆盖冲击和焊趾冲击两种冲击工艺。残余应力测量表明,采用冲击工艺,可以在焊缝表面一定深度(小于3mm)下产生压应力,最高测得-134MPa;焊趾冲击不但使焊趾表面产生压应力,也降低了焊缝的残余应力。对非熔透埋弧焊和熔透埋弧焊焊缝的测量结果显示,在盲孔法测量的深度范围内,超声冲击可降低焊缝最大主应力约34％～55％。     

预置应力对焊接残余应力峰值的影响

运用三维热塑性有限元法对不同预置应力下搭接接头角焊缝的焊接残余应力的影响进行了分析,提出了通过预置应力来降低焊缝根部的焊接残余应力峰值,从而提高结构的使用寿命的方法。     

曲轴滚压加工残余变形的有限元分析

在对曲轴进行参数化三维实体建模的基础上，以480Q曲轴的切向滚压网角加工为例，借助ANSYS平台进行了有限元分析，预测了滚压后曲轴的残余变形，研究了滚压载荷与曲轴整体变形之间的关系，为曲轴校直提供了依据。     

X80管线钢三丝埋弧焊纵向残余应力数值模拟

基于ANSYS软件建立了X80管线钢(Nb-Mo系)三丝埋弧焊的三维热力耦合数值模型。研究三丝埋弧焊接头温度与焊后纵向残余应力的分布情况,以及焊接工艺参数(焊接速度、焊丝间距)对三丝埋弧焊接头应力场分布的影响。计算结果表明:焊接是一个温度急剧变化的过程,温度的分布不均匀是导致残余应力出现的主要原因。焊后最高纵向残余应力存在于焊缝区,在边界处纵向残余应力趋于0。增大焊接速度或焊丝间距均会引起焊后纵向残余应力的升高。使用盲孔法测量焊缝附近一些点的纵向残余应力,测量结果与模拟结果基本吻合。     

焊接残余应力数值模拟研究技术的现状与发展

在焊接过程中产生的动态应力应变及随后形成的残余应力，是导致焊接裂纹和接头性能下降的重要因素。因此，焊接残余应力一直是人们关注的热点问题。结合焊接残余应力的研究方法与手段。介绍近年来固内外关于焊接残余应力的研究现状与发展。     

X80管线钢激光电弧复合焊接数值分析

根据激光电弧复合热源焊接的物理特征,建立双椭球体热源焊接模型。使用ANSYS有限元分析软件对X80管线钢激光电弧复合焊接的温度场和应力场进行耦合分析,在此基础上对10 mm厚X80管线钢进行对接焊试验,并对比分析数值计算结果和实际焊接试验结果。结果表明,数值仿真得到的焊缝截面形状、焊缝尺寸以及试件残余应力与焊接试验所得结果吻合,验证了选用热源模型的适用性,为焊缝组织和性能的预测奠定了基础。     

X80管线钢环焊缝接头残余应力的数值模拟

利用SYSWELD有限元分析软件,以热弹塑性理论为基础,采用双椭球焊接热源模型,对X80管线钢环焊缝接头的焊接温度场和应力场进行了模拟仿真.得到了焊接残余应力的分布规律,即焊缝及近缝区的残余应力值较大,远离焊缝中心残余应力值逐渐减小;由于表面和心部散热条件不同,造成了管道表面和心部的残余应力方向上的差异或数值大小的不同.研究了焊接工艺参数对残余应力的影响规律.结果表明,随着热输入的增大和预热温度的提高残余应力值逐渐降低;为了减小焊接残余应力,应尽量采用较大热输入和较高预热温度进行焊接.     

不同深度堆焊层表面残余应力的有限元分析

基于相同板厚工件的条件,利用有限元模拟软件Marc,综合考虑焊接热源、焊接与冷却时间等影响因素,建立了不同深度堆焊层焊接残余应力的有限元模型。利用盲孔法测量堆焊层中的残余应力值。有限元分析数据与试验的结果均表明焊接残余应力随着焊道深度增加而增加,且两者在趋势上吻合度较好。有限元模拟在提高参数精度的前提下,可指导堆焊残余应力的研究。     

焊接残余应力的温度-组织-应力耦合分析

在应变加和分解式的基础上,通过引入相变应变增量描述模型,采用均匀化方法对多相组织力学行为进行描述,构建可以对温度-组织-应力耦合关系进行表征的模型,并将该模型应用于对9Cr1Mo钢管道环焊缝接头焊接残余应力的分析中.结果表明,在数值模拟中,使用三维有限元模型进行计算,计算结果很好的体现了在焊接过程中马氏体相变随热源移动逐渐进行的过程.在对焊接残余应力的表征上,无论是在残余应力沿管道轴向分布的特征,还是在具体的残余应力水平上,三维有限元计算的结果均与实际测量结果取得了较好的吻合.     

燃气管道焊接修复残余应力的有限元分析

运用大型有限元分析软件ABAQUS的热-力耦合功能,对20钢燃气管道全补焊和局部补焊修复方式进行有限元模拟,获得了这两种修复方式焊接接头的残余应力分布情况。同时对内压与焊接残余应力共同作用下的补焊接头进行有限元分析。结果表明,采用全补焊方法修复后的燃气管道焊接接头残余应力明显小于局部补焊;而且在内压与焊接残余应力共同作用下,全补焊接头有较低的拉应力。这说明全补焊接头的承载性能更好,同时降低了燃气管道应力腐蚀开裂的可能性,适合工程应用。研究结果为优化燃气管道焊接修复工艺提供了理论基础。     

焊接速度对核压力容器焊接残余应力的影响

采用ANSYS有限元分析法,并利用热-结构耦合及生死单元技术,模拟不同焊接速度对核压力容器上马鞍形焊缝焊后残余应力的影响。通过分析焊后温度场和应力场,发现焊缝中心的残余应力最大,随着距焊缝中心距离的增加,应力逐渐变小。其中焊接速度为450 mm/min和400 mm/min时焊后等效应力变化趋势基本吻合,而420 mm/min时焊后的应力值略高于其他两种。     

不锈钢管焊接残余应力与变形仿真分析

基于计算机仿真技术,定义随温度变化的材料热物理属性,建立316不锈钢连续油管对接焊接轴对称模型,分析焊接速度对焊后油管接头的残余应力和变形的影响。结果表明,在连续管道焊接过程中,焊接速度影响焊接温度场和焊后残余应力的分布;油管内壁最大残余压应力出现在距离焊缝中心22 mm接近母材的位置处,且轴向应力和环向应力的变化同步,油管外壁环向应力和轴向应力变化不同步;随焊接速度的增加,油管外壁残余应力逐渐增大,内壁残余应力和焊接变形逐渐减小,焊接变形可释放部分焊接残余应力,在一定程度上可降低焊后残余应力。