激光冲击处理对X70管线钢焊接接头力学性能的影响

利用激光冲击波对X70管线钢焊接接头进行了表面强化处理,分析了激光冲击强化处理后焊接接头组织结构,用显微硬度计测试了焊接接头显微硬度,通过X射线应力仪测定了残余应力沿焊接接头表面的分布规律,并对管线钢焊接接头激光冲击强化的微观机理进行了分析。结果表明:激光冲击波可以在焊接接头表面形成塑性变形层,显微硬度明显提高;材料组织均匀性得到了明显改善;消除了焊接接头表面残余拉应力,形成了残余压应力场。     

基于喷丸残余应力场的疲劳裂纹扩展数值模拟

运用有限元软件ABAQUS建立喷丸强化有限元模型,研究冲击速度、弹丸半径、弹丸材料、覆盖率对残余应力场的影响。运用疲劳分析软件Msc.Fatigue建立了疲劳裂纹扩展分析模型,将非喷丸模型和喷丸模型的应力场导入Msc.Fatigue进行疲劳裂纹的扩展分析,比较研究残余应力场对疲劳裂纹扩展的影响。喷丸强化有限元模型的模拟结果表明,适当地增加冲击速度、弹丸半径、覆盖率等喷丸参数可以明显改善残余应力场的作用效果,钢丸喷丸产生的最大残余压应力值比玻璃丸喷丸产生的大。疲劳裂纹扩展分析模型的模拟结果表明,由于喷丸残余压应力场的作用,有效地改善了材料的疲劳性能,构件的疲劳裂纹扩展寿命提高了1.3倍。     

基于喷丸残余应力场的疲劳裂纹扩展数值模拟

运用有限元软件ABAQUS建立喷丸强化有限元模型,研究冲击速度、弹丸半径、弹丸材料、覆盖率对残余应力场的影响.运用疲劳分析软件Msc.Fatigue建立了疲劳裂纹扩展分析模型,将非喷丸模型和喷丸模型的应力场导入Msc.Fatigue进行疲劳裂纹的扩展分析,比较研究残余应力场对疲劳裂纹扩展的影响.喷丸强化有限元模型的模拟结果表明,适当地增加冲击速度、弹丸半径、覆盖率等喷丸参数可以明显改善残余应力场的作用效果,钢丸喷丸产生的最大残余压应力值比玻璃丸喷丸产生的大.疲劳裂纹扩展分析模型的模拟结果表明,由于喷丸残余压应力场的作用,有效地改善了材料的疲劳性能,构件的疲劳裂纹扩展寿命提高了1.3倍.     

42CrMo钢超声喷丸强化模拟与实验研究

以42CrMo钢作为研究对象,利用超声喷丸工艺对42CrMo钢进行表面强化处理,并对超声喷丸过程进行有限元模拟,分析超声喷丸工艺与材料表面残余应力、显微硬度和表面形貌之间的关系。有限元模拟计算结果表明,超声喷丸冲击针头直径越小、冲击速度越大,喷丸后材料硬度越大,表面形貌越差;冲击针头直径对材料残余压应力场深度有显著影响;冲击速度对材料最大残余压应力值和残余压应力场深度有显著影响。     

激光强化后7050凹槽铝板的残余应力分布规律研究

为了研究激光冲击强化后7050-T7451凹槽铝板残余应力场分布,测量了冲击后凹槽的残余应力分布规律:从凹槽中心到凹槽边缘,残余应力逐渐减小;在凹槽边缘底边处取最小值;然后沿凹槽边缘上升而增大,表面残余应力在凹槽曲面底边处取到最小值。采用ABAQUS有限元软件建立凹槽铝板的三维有限元模型,利用VDLOAD子程序施加载荷,进行数值分析得到了激光喷丸后残余应力分布并与试验测量结果对比,符合较好;然后研究了不同激光参数对凹槽铝板残余应力场的影响规律。结果表明:随着激光功率密度从0.84 GW/cm~2增加到5.29 GW/cm~2,残余应力先减小后增加,激光功率密度为3.06 GW/cm~2时达到最小值-230 MPa;随着光斑直径从4 mm增加到6 mm,残余应力由-214 MPa增加至-30 MPa;随着激光脉宽从10 ns增加到40 ns,残余应力由-21 MPa减小至-288 MPa,残余压应力层深度逐渐增加;表面残余应力的最小值在凹槽曲面处取得。     

CFRP加固混凝土柱轴压性能尺寸效应试验分析

为了研究碳纤维增强复合材料（CFRP）加固钢筋混凝土柱轴压性能的尺寸效应,设计了3组30根几何相似的CFRP加固钢筋混凝土柱,对其进行了轴心受压破坏试验.试验参数主要包括构件尺寸、钢筋配置和加载方式,研究了CFRP加固混凝土柱在轴压荷载下的破坏形态、极限强度、峰值应力、变形能力和残余变形等性能与构件尺寸的关系.研究结果表明:相同尺寸的CFRP加固钢筋混凝土柱比素混凝土柱的极限强度有不同程度的提高;CFRP加固钢筋混凝土柱的峰值应力随着尺寸的增大,呈先增大后减小的趋势,归一化轴向变形能力和残余变形随着构件尺寸的增加逐渐减小;不同的加载方式对于CFRP加固钢筋混凝土柱的承载力和极限位移影响不大.     

Q550 GJ高强钢焊接H型截面残余应力试验研究

为了推动高强结构钢Q550GJ在我国钢结构工程中的应用,研究了Q550GJ高强钢焊接H型截面试件的残余应力分布规律.首先试验研究了Q550GJ钢材的力学性能,其屈服强度、抗拉强度和伸长率符合国家现行规范,屈强比小于0.85.然后设计和加工了7个Q550GJ高强结构钢焊接H型截面构件,采用分割法对其进行残余应力试验.研究了Q550GJ高强结构钢焊接H型截面构件的残余应力分布规律,分析了不同参数的影响.研究结果表明:翼缘中部和腹板两端近焊缝区域出现较大的残余拉应力,但没有达到钢材的屈服强度,且随着宽厚比的变化呈不规律变化;翼缘外伸部分中部和腹板中部都呈现基本恒定的残余压应力;残余压应力随着板件宽厚比的提高而相应减小;其余部位是从残余拉应力到残余压应力转变的过渡区域.     

铝合金薄壁件加工变形的力学模型构建与分析

航空铝合金薄壁构件加工变形与应力场分布有着直接关联.本文结合构件加工后的应力场分布特征,建立薄壁构件的应力-变形力学模型,分析其表面应力和初始应力分布对变形影响的机制,确定应力分布特征与变形特征的对应关系,完成对薄壁件变形解析函数的建立和变形不确定度计算.具体表现为:通过喷砂表面处理对铣削加工后薄壁构件的表面应力进行调节,以获得不同程度的应力-变形场分布,再借助层削法、XRD表面应力测试和三坐标形状测量试验,对不同工艺条件下构件加工变形实验值与函数解析值进行比较分析.结果显示:薄壁构件变形挠度与理论计算值偏差为3~12μm,偏差处于变形不确定度范围内,解析函数准确性得到验证.同时,力学模型与函数的分析表明,在已知此类航空铝合金薄壁构件几何形状、加工表面应力和毛坯初始应力场分布的条件下,可运用变形解析函数对构件加工变形程度进行预测性计算和分析,实现其工程应用价值.     

校平、滚弯连续工艺下大尺寸板材残余应力

为了实现多工序条件下板材加工过程的应力演变分析,优化加工工艺,建立考虑初始残余应力的大尺寸板材校平、滚弯连续加工工艺下的有限元虚拟加工模型,分析连续加工过程对板材残余应力的影响.结果表明:校平过程使板材表面初始残余压应力向拉应力转变,对于板材心部的应力场影响较小.校平过程对板材表面的残余应力产生不利的影响.滚弯后表面都为压应力状态.而心部周向存在较高的拉应力状态.实验验证了有限元分析结果的正确性.     

电弧增材制造建筑用钢残余应力试验分析

为研究由电弧增材制造用于建筑结构构件的残余应力分布情况,采用盲孔法的试验手段,并通过对构件的制造过程进行有限元模拟,得到其残余应力的分布情况。试验及计算结果表明,构件的大部分区域残余应力量级小,自平衡,表面边缘处,残余应力变化剧烈,中间区域变化平缓;沿构件厚度方向上分析,内部残余应力主要为分布区域大量级小的拉应力,表面残余应力主要为分布区域小量级较大的压应力。通过对试验结果的分析可以判断构件中残余应力的整体水平较小,该制造方式能为建筑结构制造相应的构件。     

激光冲击强化层数对6061-T6铝合金抗腐蚀性能的影响

针对6061-T6铝合金在各种极端工况下抗腐蚀性较差的问题,采用激光冲击强化对6061-T6铝合金进行不同层数的冲击处理,通过测量残余应力和表面粗糙度观察了微观组织和电化学腐蚀,分析了激光冲击强化对6061-T6铝合金抗腐蚀性能的影响。结果表明:激光冲击强化后,材料表面的残余压应力、表面硬度随激光冲击层数的增加而增加;冲击区域晶粒明显细化,细化层深度随冲击层数的增加而增加;材料表面的粗糙度随冲击层数的增加而降低;激光冲击强化处理后材料的电化学腐蚀电流减小、阻抗半径增大,表面点蚀坑的生长受到明显抑制;残余应力增加、微观组织细化和表面粗糙度降低,三者共同作用提升了6061-T6铝合金的抗腐蚀性能。     

球铁曲轴轴颈与园角部位同时高频淬火时残余应力的分析

本文叙述了对球墨铸铁曲轴轴颈与园角部位同时高频淬火后获得的硬化层分布,以及硬化层中残余应力分析。采用此工艺园角部位产生了压应力,从而可以提高曲轴运转时的疲劳强度,防止断裂事故。高频淬火后回火时,随着回火温度的升高,残余应力重新分布。260℃回火后沿轴颈及园角部位残余应力分布均匀,园角部位压应力也增大。由回火温度与硬度变化曲线证实,残余应力重新分布是与残余奥氏体转变相关联。高频淬火再不同温度回火后的抗摩擦磨损性能试验结果,也是240—280℃回火最好,这就为回火温度的选择提供了依据。因此认为高频淬火再200℃回火的常规工艺对轴颈与园角同时高频淬火曲轴而言,并不适用。     

喷丸工艺对DC53钢表面完整性的影响试验研究

为了探究喷丸角度、喷丸压力等喷丸工艺参数对DC53钢表面完整性的影响,通过试验研究了不同喷丸角度、喷丸压力对DC53钢表层残余应力场分布及硬度场分布的影响规律,同时分析了喷丸后的表面形貌及喷丸工艺参数对表面粗糙度的影响.结果表明:喷丸后DC53钢引入了一定深度的残余压应力层,残余压应力随深度的增加呈现"U"型分布,当喷...     

考虑焊接残余应力的钢桥面板U肋焊接处局部应力分析

为研究正交异性钢桥面板的顶板与U肋焊缝连接处残余应力及与外荷载组合作用下的局部受力特征,针对宽体钢箱梁工程实例,基于热弹塑性有限元法对该焊缝的施焊过程进行了数值模拟,分析了焊接过程中温度场和应力场的变化；以初应力的方法实现了焊接残余应力与外荷载作用的组合。研究结果表明：面板下缘垂直于焊缝方向的残余拉应力峰值接近材料的屈服强度,远离焊缝的区域应力急剧减小,焊趾处的横向残余应力要明显大于焊根处；由面板上缘至下缘,纵向残余应力由压应力变为拉应力,横向残余应力呈现出“拉应力-压应力-拉应力”的交替变化趋势；以初应力的方式考虑残余应力,稳定应力场的相对误差可控制在5.0%以内；自重与二期恒载对焊缝区局部应力场的分布特征和焊根及焊趾处的应力极值的影响不大(1.7%以内)；外荷载中考虑局部对称轮载作用且未考虑焊接残余应力在外荷载作用下的消散情况时,焊根及焊趾处垂直于焊缝的横向应力极大值最大分别可增大10.7%、17.6%；焊接残余应力及与外荷载组合作用下,焊趾及焊根位置处沿面板厚度应力的分布符合“直线+抛物线”的规律。     

Q460高强度钢材焊接T形截面残余应力影响参数实验研究

为研究Q460高强度钢材焊接T形截面残余应力的分布规律,采用分割法对8 mm和12 mm厚的8个不同截面尺寸的试件进行了测量。基于实验结果,分析研究了板件宽厚比、板件厚度以及翼缘和腹板的相关性对Q460高强度钢材焊接T形截面残余应力的影响。结果表明:翼缘和腹板的残余压应力随板件宽厚比和厚度的增大而减小,残余拉应力与板件宽厚比和厚度无直接关系;翼缘和腹板的残余应力自相平衡,二者相互之间没有影响。该研究结果能够为进一步研究Q460高强度钢材稳定性提供参考。     

基于SPH耦合有限元法的喷丸残余应力场数值模拟

针对有限元方法不能有效模拟喷丸加工过程中大量弹丸反复冲击的现状,使用光滑粒子流体动力学法(smoothed particle hydrodynamics,SPH)耦合有限元法(finite element method, FEM)模拟喷丸强化过程。工件采用FEM建模,弹丸采用SPH建模,通过接触算法实现SPH和FEM的耦合以模拟弹丸对工件的强化作用。提出弹丸流的材料模型,分析了相关参数对工件残余压应力分布和能量利用率的影响。结果表明,随着弹丸打击次数的增加,工件表面残余压应力分布逐渐趋于稳定;高覆盖率能有效改善工件表面残余压应力分布,低覆盖率则会降低喷丸效果;适当提高弹丸速度虽然可以使残余应力层深度和最大残余压应力值增加,但会降低能量利用率。通过与相关实验数据的比较,验证了仿真模型和结果的正确性。     

高温下钢管约束型钢混凝土柱的受力性能

火灾下无防火保护的结构构件温度会迅速上升,从而造成钢材和混凝土的强度明显下降。为了研究火灾下钢管约束型钢混凝土柱的受力性能,考虑火灾下钢管约束型钢混凝土柱的不均匀温度分布及温度对材料力学性能的影响,提出了火灾下受轴心荷载作用的钢管约束型钢混凝土柱承载力的计算方法。利用有限元软件ABAQUS对提出的计算方法进行了验证,结果吻合较好。进而采用该计算方法对影响高温下承载力的参数进行了分析,研究表明：随着构件截面尺寸的增加以及混凝土强度和钢材强度的提高,构件的承载力逐渐增加,而钢管壁厚的改变对承载力并无太大影响。利用有限元软件ABAQUS分析了荷载比、构件尺寸、钢管壁厚等因素对构件耐火极限的影响,发现耐火极限随着荷载比和钢管壁厚的增加而减小,随着构件尺寸的增加而增大。     

激光冲击-超声滚压复合工艺对AZ91D镁合金力学性能的影响

采用Nd:YAG激光冲击强化及超声滚压对AZ91D镁合金进行了表面强化处理,并进行了拉伸试验及断口观察,分析了材料的残余应力分布、微观组织、表面粗糙度,研究讨论了复合工艺对AZ91D镁合金拉伸性能的影响。研究表明:激光冲击强化处理后,镁合金原始晶粒得到明显细化,残余应力达到-122 MPa,表面粗糙度增大,极限抗拉强度提升了15.6%,但塑性下降了27%。激光冲击强化复合超声滚压处理后,残余应力的幅值达到了-197 MPa,表面晶粒得到进一步细化,表面粗糙度大幅改善,材料极限抗拉强度提升了27.4%,材料塑性相对激光冲击强化后提高了19.4%。在残余应力、晶粒细化及粗糙度改善三者的共同作用下,复合工艺延缓了裂纹的扩展速度,显著改善了表面应力状态,提升了镁合金的力学性能。     

压射冲头激光表面处理硬化层裂纹形成机理的研究

本文对球墨铸铁压射冲头激光表面处理硬化层的残余应力进行了测试和分析。研究证明:压射冲头表面硬化层的裂纹是由于残余应力所产生的裂纹源扩展所形成的。     

残余应力对单轴对称工字梁稳定承载力的影响

对单轴对称工字形悬伸梁、连续梁进行整体稳定试验前,通过截面法测量了截面中的残余应力分布.根据测量结果和简化分布模型,编写了能描述残余应力大小和分布的ANSYS初应力文件,在非线性分析中以此来考虑残余应力对构件整体稳定性的影响.通过比较试验和有限元分析结果发现,考虑残余应力所得的计算结果与试验结果吻合良好,不考虑残余应力所得到的极限荷载与试验值差别较大.试验结果表明:当梁截面中的窄翼缘尺寸较小时,翼缘中残余应力以受拉为主,其端部残余压应力较小,焊接残余应力对单轴对称工字形悬伸梁和连续梁的整体稳定承载力影响很大,主要是提高作用,有限元计算时应该考虑残余应力.对比分析结果表明,文中所用的残余应力分布模型能够模拟试验梁的真实情况.