压痕应变法应力计算常数的数值模拟

压痕应变法是不依赖于材料的物性参数而最接近无损的一种应力测试方法,目前其应用的最大问题是应力计算常数的获得. 文中通过对动态压入材料的特性分析,以无应力下的应变增量试验数据为依据,基于传统拉伸曲线,针对不同材料动态确定合理的压入载荷,建立了适用于大多数金属材料的标定模型.结果表明,该模型所获得的标定曲线稳定可靠,规律性和准确度均优于传统的试验标定结果,基本可以代替传统的标定试验.     

压痕应变法应力计算函数和低合金钢力学性能的关系

压痕应变法是一种新型无损的应力检测方法,具有快捷方便、测试准确等优点,影响该方法测量精度的主要因素之一就是应力计算函数（压痕应变增量（Δε）与弹性应变（ε）之间的关系）的确定.文中在已有工作基础上,基于有限元数值模拟计算,结合试验标定结果,探讨了12种不同力学性能的低合金钢类材料应力计算函数的存在规律.结果表明,在获得材料拉伸力学性能的情况下,根据材料在零应力情况下的应变增量,可以获得该材料的应力计算函数,从而避免了应力计算函数确定时进行的复杂试验标定或模拟计算问题.     

基于本征应变法修正厚板轮廓法应力测试误差

基于本征应变法,以轮廓法测试的部分内部应力数据为基础构造出切割面上的整体纵向应力分布,修正轮廓法测试切割面上的表面应力误差,并研究了本征应变阶数对构造结果的影响.结果表明,本征应变法构造出的切割面上纵向应力分布与轮廓法测试结果符合较好,表层应力相比于轮廓法测试值提高了约27%;构造出的表面应力与XRD法测试结果符合较好,一定程度上能修正轮廓法表层纵向应力测试误差;沿切割面x方向和y方向本征应变基函数阶数采用16次和10次,能构造出较好的纵向应力场.     

压痕应变法中压痕周围的应力应变分布规律

利用有限元数值模拟方法,对压痕应变法测量残余应力中球形压痕周围不同受力方向的应力应变分布规律进行了分析.结果表明,在单向应力场中,与主方向成62°的分界线两侧,应变增量与外加应变之间的关系曲线特征不同,并随夹角而变化.在特定范围内,应变增量与拉应力间的关系夹角小于45°时近似为线性关系,夹角大于45°为二次曲线关系.而应变增量与压应力间的关系在分界线两侧可用线性函数和二次函数分别描述.在双向应力场中,如果把乘以泊松比的垂直方向应力值叠加到主应力上,则得到的规律与单向应力场的相同.     

表面粗糙度对残余应力测量结果的影响

压痕应变法是一种测量深度约为0.1mm的表面残余应力测量方法。研究表面粗糙度对残余应力测量结果的影响。结果表明：在先贴片后加载的试验①,②组中,粗糙度为0.55μm的Rx（x方向残余应力）比粗糙度为0.75μm的Rx减小约14MPa;在先加载后贴片的试验③,④组中,粗糙度为0.55μm的Rx比粗糙度为0.75μm的Rx减小约44MPa。与①,②组试验结果相比,③,④组中表面粗糙度对压痕应变法测量结果的影响更为显著,表面粗糙度对残余应力测量结果的“削减作用”增强。在工程应用中,大部分构件处于不同的应力状态,因此,表面粗糙度对残余应力测量结果的影响不可忽视。在2219－T87母材试板上,置信度为0.95时,残余应力的置信区间为［－122.515,－113.884 9］MPa。     

2219铝合金焊接残余应力分布分析

采用压痕应变法对2219-T87铝合金摆动TIG焊焊接残余应力进行测量,测试点分布于距焊缝中心线19和44 mm的纵截面及焊缝中心横截面. 铝合金熔焊焊缝及近缝区残余应力处于拉应力状态,且应力绝对值较高. 采用参数估计和假设检验方法分析沿焊缝方向近缝区纵向残余拉应力分布形式,并探究预测残余拉应力值的方法. 结果表明,近缝区纵向残余拉应力呈正态分布;回归拟合和Masubuchi公式与试验数据拟合良好,均可用于预测2219-T87铝合金近缝区纵向残余拉应力值.     

盲孔法与压痕法测量2219铝合金熔焊焊缝残余应力的对比分析

采用盲孔法和压痕法,分别对2219铝合金变极性TIG焊焊缝两侧的残余应力进行测量,测量点沿距焊缝中心线19 mm的纵截面上布置.铝合金熔焊的残余应力关于焊缝中心线近似对称相等,在焊缝中心线任一垂直线上,距离焊缝中心线距离相等的两点应力相等.分别用两种应力测量方法测量焊缝中心线两侧应力,对比两种测量方法对同一大小的应力测量的差别.测量结果表明,盲孔法与压痕法应力测量结果变化趋势大体一致,沿焊缝方向应力呈现抛物线状,在焊缝中部存在应力最大值.根据两种测量方法的回归曲线,压痕法测量结果比盲孔法大20 MPa左右.通过R软件做配对样本的t检验分析,在置信度为0.95时,压痕法测量结果减盲孔法测量结果的差值的置信区间为(14,37),平均差值为25 MPa.     

采用固有应变法预测铝合金焊接变形

伴随焊接过程而产生的焊接变形和残余应力是影响焊接产品精度和性能的重要因素,至今仍然是工业生产中迫切需要解决的重要课题。目前常用的预测焊接变形的方法是三维热弹塑性有限元法,但是由于现有计算机计算能力的限制,还不能预测很多复杂结构的焊接变形。固有应变法是由日本学者提出的解决复杂结构焊接变形的方法,它忽略了整个焊接过程,直接将固有应变施加于壳单元上,经过一次弹性计算就可得到焊接变形。本文用三维热弹塑性有限元和试验相结合的方法获得了平板对接接头形式下的固有应变,运用固有应变法预测铝合金5052平板对接后的焊接变形,通过计算和试验相结合的方法验证了固有应变法预测铝合金焊接变形的可行性,结果表明,固有应变法能够较准确地预测焊接变形,且所用的时间短。     

深孔法测试Q345焊接试板热处理前后三维残余应力的可行性

针对热处理前后的Q345焊接试板,采用深孔法测试焊缝位置厚度方向的应力分布特征,采用压痕应变法测量焊缝表面残余应力。测试结果表明,焊后原始状态的焊缝应力在厚度方向上呈M形状分布,应力峰值接近焊缝金属屈服强度的90%;消除应力热处理后的焊缝应力水平较低,基本维持在50～70 MPa。通过对比分析热处理前后的焊缝内部残余应力特征,说明采用深孔法可以很好地表征热处理前后的焊缝三维残余应力。创新点： 采用深孔法测试热处理前后焊缝的三维残余应力,验证了该方法在大厚度焊缝内部残余应力分析的可行性。     

2219铝合金FSW接头残余应力分布特点

采用压痕应变法测量2219-T87高强铝合金FSW试板与筒体结构上典型位置的残余应力. 结果表明,在试板上接头残余应力呈不对称分布,焊缝上的纵向残余应力数值高于横向残余应力,纵向应力的最大拉应力出现在焊缝中心位置,最大压应力出现在后退侧轴肩外侧,横向残余应力的最大压应力出现在前进侧轴肩边缘;筒体结构的环缝上,纵向残余应力呈较大拉应力,横向残余应力的数值较小,纵缝接头处残余应力关于焊缝中心呈对称分布,纵向残余应力在焊缝上呈拉应力,横向残余应力在焊缝上呈压应力;压力试验使结构件上部分应力释放,应力数值略有下降.     

Determination of tensile properties by instrumented indentation technique: Representative stress and strain approach

Tensile properties can be evaluated by defining representative stress and strain with the parameters obtained from instrumented indentation tests using a spherical indenter. The accuracy of this approach depends strongly on how the contact depth is analyzed and how the representative stress and strain are defined. The primary factors influencing the determination of contact depth, pile-up/sink-in and elastic deflection, were quantified by analyzing indentation morphology by finite element simulation; then plastic pile-up/sink-in behavior was formulated in terms of the strain-hardening exponent and the ratio of indentation depth to indenter radius. For the representative strain, the definition by tangent function was determined to be more appropriate for assessing tensile properties based on derived behaviors of the strain-hardening exponent. This approach was experimentally verified by comparing tensile properties of 10 metallic materials from uniaxial tensile tests and instrumented indentation tests.     

钛合金焊接过程应力应变特点分析

采用有限元分析和试验测试相结合的方法对钛合金薄板钨极氩弧焊的焊接应力应变进行分析.结果表明,在焊接不均匀加热和冷却的综合过程中,熔池金属是在周边已经产生了压缩塑性应变的框架内熔化,并在已经发生了压缩塑性应变的近缝区框架内冷却.焊缝冷却过程中,在力学熔化区间,有拉伸塑性应变的卸载过程,但残余状态仍保留了压缩塑性应变.焊缝在冷却、凝固降温过程中,其纵向拉应力的峰值始终低于材料在相应温度下的屈服强度,直至残余状态.     

盲孔法中应变释放系数的有限元模拟标定

盲孔法测量焊接残余应力时,孔周围材料超过屈服状态,产生塑性变形而引入塑性附加应变,使得测量结果产生较大误差.根据应变释放系数A,B试验标定原理,对Q345R钢进行试验标定.以一定应力状态下形状改变比能系数S作为判据,对应变释放系数A,B进行修正,使得焊接等高残余应力的测量结果更为精确.基于强度理论,应用有限元软件,对Q...     

建筑钢结构焊接应力应变控制基本要素

建筑钢结构体系是一个庞然大物,一个钢结构焊接工程用钢量少则上千吨,多则几万吨到十几万吨;同时建筑钢结构体系也是一个完整有机的受力体系,承受自重和自然界的各种交变荷载。结构体系复杂不仅仅是造型和采用大规格新钢种,结构体系的高耸也是其中之一;自然状况的变化,使建筑钢结构体系受力不同于其他结构,仅对阴阳面受力分析来看,状态十分复杂。断面相同、材质相同的构件,在同一时间承受不同的荷载,而这些不断变化的复杂荷载全部由建筑钢结构焊缝分担,因此焊缝就是关键;特别是系统焊接应力应变的控制成为目前学术争论的焦点。以焊接应用技术理论为指导,以工程实践为依据,对建筑钢结构焊接应力应变控制进行简析。     

实时超声冲击消减焊接残余应力

为了消减焊接残余应力,在焊接时对熔池后方焊缝的背面进行超声冲击.结果表明,实时超声冲击能够有效地消减焊接残余应力,其消减焊缝纵向残余应力比消减横向残余应力的效果显著.当在弹塑性转变温度区进行冲击,且冲击头直径较小、形状为球冠形时,消减焊接残余应力的效果更好.实时超声冲击消减焊接残余应力的机理是:在焊缝背面施加超声冲击能使焊缝正面产生拉伸塑性变形,抵消更多升温膨胀时所产生的压缩塑性变形,从而消减焊后的残余应力.     

不锈钢薄板激光搭接焊残余应力测量方法对比研究

为了研究不锈钢车体非熔透激光搭接焊中的残余应力,采用2 mm+2 mm厚SUS 301L不锈钢板冷轧板进行了CO_2激光搭接焊试验,选择压痕应变法、全释放应变法和X射线衍射法测量接头中的残余应力。结果表明,压痕应变法测量的纵向峰值应力为237 MPa,横向为124 MPa,测量结果为1 mm2区域近表面的平均残余应力;全释放应变法测量得到的纵向、横向应力峰值分别为155 MPa和55 MPa,测量结果为5 mm×5 mm整个解剖试样的平均残余应力;X射线衍射法测量的纵向、横向应力峰值分别为344 MPa和163 MPa,测量结果为1~2 mm区域表层中的平均残余应力,且误差范围较大。     

激光-氩弧复合热源焊接镁合金残余应力分析

采用冲击压痕法,对激光-氩弧复合热源焊接镁合金AZ31B焊缝的残余应力进行了测量,分别测量了300mm长镁合金的焊接接头沿焊缝方向和垂直焊缝方向上的残余应力.在此基础上运用有限元分析软件建立了相应的残余应力场,补充和完善了实际测量的数据.在焊缝中间区域得到垂直于焊缝方向上的最大残余应力在200～300MPa之间;在距焊接接头的中5～10 mm处得到最大压应力值,一般小于100MPa.通过对实际测量和模拟数据的综合分析,基本掌握了激光-氩弧复合热源焊接镁合金残余应力的分布规律和特征.     

超声冲击改善6061铝合金焊接残余应力的数值模拟

运用ANSYS有限元软件对无应力和存在焊接残余应力的6061铝合金试板的超声冲击过程进行了数值模拟,并和实测结果进行了对比.结果表明,对于无应力试板,冲击中心表面为压应力,周围为拉应力;在冲击中心沿板厚方向,应力状态逐渐由压应力转变为拉应力,随冲击过程的进行,材料整体应力水平不断提高;对于存在焊接应力的试板,增加载荷位移,冲击区域的应力降幅也随之增大,最大拉应力逐渐向母材区转移且其峰值也不断下降,应力降幅符合实测结果.