用激光快速熔凝处理改善轴承钢GCr15的表面组织和性能

一般要求能使零件内部有较好塑性,而表面有较高的硬度和抗接触疲劳性能的材料做为轴承材料。为了满足这种要求,靠改进冶金质量和热处理工艺往往是比较困难的。激光表面处理和激光熔凝激冷是材料表面改性的新技术,我们采用激光表面快速熔化并激冷凝固的方法以求得到高度细化的显微组织,消除夹杂物,均匀化合金成分,从而提高材料的表面硬度,耐磨和耐蚀性能及其接触疲劳性能。这一工作为进一步开展激光快速熔凝新工艺的研究和应用,以改善和提高轴承钢部件的表面组织和性能提供了有益的探索结果。     

基于损伤力学模型的概率疲劳寿命预测方法

基于金属结构危险点复杂应力状态下的疲劳损伤演化模型,利用材料的p-S~N曲线等对其部分损伤参数和材料参数进行概率化处理,提出了一种通过随机抽样计算危险点概率裂纹形成寿命的方法,讨论了损伤演化模型参数的基本概率特性以及相关性概念,采用拉丁超立方抽样方法实现了概率损伤参数的随机抽样,由此进行不同采样点的疲劳损伤累积,继而得到危险点的疲劳裂纹形成寿命。将损伤演化模型以UMAT子程序的形式嵌入ABAQUS软件系统中,给定结构模型及疲劳加载历程,即可用于复杂结构的疲劳寿命分析。结合铝合金2024-T3直耳片的疲劳试验,对其危险点的疲劳损伤及裂纹形成寿命概率分布进行了数值计算,初步表明了新算法模型的合理性。     

燃烧器喷嘴材料热疲劳性能和高温氧化性能研究

采用对比试验方法,通过热疲劳裂纹扩展速率和氧化增重试验,研究了燃煤锅炉燃烧器喷嘴常用的两种材料的热疲劳性能和高温氧化性能,结果表明,铬、锰、硅等元素含量高的新材料ZG40Cr26Ni4Mn3NRe的热疲劳性能和抗高温氧化性能均明显优于原燃烧器喷嘴材料ZG40Cr20Ni5.材料的抗热疲劳性能在很大程度上取决于材料的抗高温氧化性能,热疲劳裂纹在表面缺陷处最易出现,热循环过程中氧化膜的形成和破裂加剧了热疲劳裂纹的萌生和扩展.     

蒙特卡罗法和一次二阶矩法在压力容器疲劳分析中的应用

通过分析影响裂纹扩展寿命的多个随机因素,使用疲劳寿命模型,讨论了裂纹尺寸的计算方法。考虑压力容器所承受载荷、材料断裂韧性、裂纹尺寸等参数,使用一次二阶矩方法和Monte Carlo法计算,得出了在一定可靠度下的疲劳裂纹扩展寿命,并计算了在一定使用寿命时结构的失效概率。比较了不同初始裂纹尺寸对疲劳寿命的影响。算例表明,它在疲劳寿命的可靠性估计中的应用及其工程意义。为工程界进行含裂纹结构的概率损伤容限评估提供一定的理论依据。     

热处理对06Cr18Ni11Ti组织及抗热疲劳性能的影响

研究了不同热处理温度(1 000℃,1 025℃,1 050℃,1 075℃)和时间(60 s,120 s)对06Cr18Ni11Ti组织和抗热疲劳性能的影响.分析表明,热处理温度和时间能够影响晶粒大小和碳化物形态.随着保温时间的增加,晶粒和碳化物的尺寸增加;温度升高,碳化物的数量和尺寸增加.相同的保温时间下,晶粒长大受保温温度和碳化物的影响.在20~600℃的循环条件下,1 050℃×60 s处理后试样的热疲劳裂纹最短,变形较小,抗热疲劳性能最好.     

一种结合UKF的疲劳结构剩余寿命预测方法

针对机械系统中疲劳结构的剩余寿命(RUL)预测问题,提出了一种结合无迹卡尔曼滤波算法(UKF)的RUL预测方法.该方法包括疲劳裂纹性能参数评估和RUL预测两个部分.在性能参数评估部分,通过对Paris疲劳裂纹扩展公式进行离散化,建立了参数状态空间评估模型,并利用传感器获得的实时状态信息结合UKF算法对状态空间评估模型中的疲劳性能参数(C和m)以及疲劳裂纹长度表现出的不确定性进行评估,以避免状态信息不完备、工况噪声等不确定因素对结构疲劳寿命预测的影响;在剩余寿命预测部分,利用UKF算法评估得到的参数结果,结合离散化得到的递推裂纹扩展模型,对结构的剩余寿命进行预测.仿真结果表明:提出的方法能够很好地处理疲劳裂纹扩展模型中疲劳性能参数的不确定性,且在剩余寿命预测上,通过与扩展卡尔曼滤波算法(EKF)进行比较分析,发现所提方法能够更准确地预测结构疲劳裂纹的RUL.将离散的Paris疲劳裂纹扩展公式和UKF算法进行结合,能够有效地提高疲劳结构的剩余寿命预测精度.     

基于应变监控数据的金属结构疲劳裂纹量化模型研究

实时获取金属结构的疲劳裂纹长度是开展飞机单机寿命监控和剩余寿命估算的基础。采用深度学习方法，提出了一种基于应变监控数据的金属结构疲劳裂纹长度预测模型，通过构造循环对抗网络模型、裂纹尺寸的分类模型和裂纹长度的量化模型，分别实现了含裂纹结构的应变试验数据与有限元模型数据的映射、裂纹尺寸范围的准确分类、裂纹长度的精确量化。将上述方法应用于中心带孔金属板在随机载荷谱下的疲劳裂纹监测，有效实现了疲劳裂纹长度的实时预测。与试验结果对比表明，单孔板的孔边疲劳裂纹长度预测误差小于1 mm,满足工程实际的需求。     

基于神经网络集成的挥发分近红外回归模型

针对煤炭光谱特征信息分散的现象,提出了基于神经网络集成的挥发分近红外回归模型.该模型引入集成学习的思想,综合SOM,RBF,BP和Elman神经网络学习算法的优势,通过求各子模型的输出均值获得最终的预测结果.为了减小因算法参数设置不当而引起的学习误差,根据各网络算法的特点,利用经验知识、交叉验证和遗传算法优化模型参数.研究结果表明:经相同算法优化后,集成学习模型的性能明显优于单一神经网络,其最大误差小于3%,比单一神经网络小1～2倍.该方法有效地提高了模型的学习精确度,且具有较好的泛化性,适用于复杂多变的非线性煤质近红外回归问题.     

抗热疲劳仿生耦合制动毂的激光加工参数

通过正交试验设计,优化了Nd:YAG激光加工参数并进行了现场应用。结果表明,单元体横截面积随脉宽、峰值功率增加而增大,随扫描速度加快逐渐减小,频率和离焦量对单元体尺寸影响不显著;最佳激光加工参数为:峰值功率1.136 kW,脉宽12 ms,频率10 Hz,离焦量5.5 mm,扫描速度0.5 mm/s;经过激光仿生耦合处理的制动毂寿命延长1倍以上。     

厚壁钢桥墩的超低周疲劳裂纹萌生寿命预测

为获得厚壁钢桥墩的超低周疲劳裂纹萌生寿命,对多组厚壁钢桥墩进行数值模拟分析。采用钢材的混合强化模型预测厚壁钢桥墩在三种不同往复荷载作用下的滞回性能,并分别使用Ge模型中的局部损伤法与非局部损伤法得到不同网格尺寸下的钢桥墩超低周疲劳裂纹萌生寿命,然后使用Ge模型对厚壁钢桥墩的疲劳裂纹萌生寿命影响因素(翼缘宽厚比、试件通用长细比等)进行参数化分析。研究结果表明:混合强化模型能准确预测厚壁钢桥墩的滞回性能;Ge模型中的非局部损伤法能准确预测厚壁钢桥墩的超低周疲劳裂纹萌生寿命。最后基于裂纹萌生寿命的参数化分析结果,提出了预测钢桥墩超低周疲劳裂纹萌生寿命的经验公式。     

激光表面热处理下Cu薄膜的疲劳性能

通过CO2激光器对试件进行激光表面热处理,对比处理前后试样的疲劳寿命,找出了最优激光工艺参数,并对其进行疲劳断口及表面微观结构分析,探求其微观机理.研究结果表明:激光表面热处理时激光扫描速率、功率密度对处理效果有显著影响;对于25μm厚工业纯Cu薄膜材料,激光功率密度为208 kW/cm2,扫描速率为25mm/s时,激光表面处理效果最佳,试件的疲劳寿命提高了2～3倍;在扫描电镜观测下发现,激光表面处理后试件表面形成1层淬硬区并产生残余压应力,使试件的疲劳强度明显增加,且激光表面处理的试件裂纹萌生后扩展至断裂的过程较为缓慢,断口出现疲劳条纹.     

多孔金属材料声学参数反求研究

鉴于多孔金属材料声学参数（尤其是曲折因子）测试较难实现,而传统的阻抗管材料声学性能（如声压反射系数、表面声阻抗率等）测试较易进行的事实,以Johnson-Champoux-Allard模型为理论计算模型,采用模拟退火罚函数混合遗传算法（HGA）及序列2次规划方法（SQP）对一种烧结型金属纤维多孔材料的声学参数进行了全局优化反求。研究表明,在材料声学参数优化反求中,采用HGA方法能够获得鲁棒性较高的全局最优解;此外,合理设计优化变量后,采用SQP方法也能获得高精度的全局优化结果。最后,对优化反求结果的有效性进行了验证性计算及讨论。     

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。     

基于参数反求的汽车乘员肋骨有限元模型

为预测和评判汽车碰撞事故中乘员胸部肋骨骨折引起的胸部损伤,对一位中国成年男性志愿者进行CT扫描,建立了具有人体解剖学结构的肋骨有限元模型。为提高模型的生物仿真度,通过动物组织反求试验获得肋骨材料参数。模型用Kindig所做的人体肋骨载荷试验进行验证,并与直接引用参考文献材料参数得到的仿真数据进行比较。结果表明:其位移-反作用力曲线与试验曲线吻合较好;采用反求方法获取的材料参数进行仿真计算时肋骨具有更好的生物仿真度。     

基于遗传算法优化的BP神经网络的材料疲劳寿命预测

针对传统的材料疲劳寿命计算方法(概率统计法)误差较大的问题,在对材料疲劳寿命数据进行分类的基础上,采用基于遗传算法优化的BP神经网络方法,建立了应力集中系数、应力均值、应力幅值和材料的中值寿命之间的关系模型,针对具有有限寿命的数据进行寿命预测。实例验证结果表明,利用本文方法获得的预测结果与试验数据的相对误差均在5%以下,优于传统算法的预测精度,可以作为获取材料疲劳寿命数据的一种更为有效的手段。     

激光喷丸对AA2524铝合金疲劳和断裂性能的影响

为延长机身蒙皮材料服役寿命对AA2524铝合金进行激光喷丸处理,研究激光喷丸对AA2524铝合金疲劳和断裂性能的影响.对紧凑拉伸(CT)试样经不同的喷丸次数和单面/双面激光喷丸后采用显微硬度计、X射线残余应力仪和超景深显微镜进行表面完整性测量,激光喷丸后开展疲劳裂纹扩展试验(FCG)和断裂韧性实验(Kc),采用扫描电镜...     

应变疲劳寿命的强度稳定综合理论法研究

应变疲劳分析是解决结构失效问题的重点研究内容之一.运用强度稳定综合理论及方法将应变疲劳寿命转化为切线模量因子的表达,通过分析转化过程中的无量纲曲线,发现一些材料间的固有规律.以切线模量因子为"桥梁",将循环应力应变曲线中的应力作为裂纹扩展时的临界应力,对应该应力的应变值当作疲劳试验的控制应变幅值,则对应的裂纹长度就是应变疲劳寿命的折算裂纹长度;通过切线模量因子建立的衍生比例定律和应力疲劳寿命的建模方法可以得到寿命应变关系的预测模型.这一模型与灰色系统理论的GM模型具有相同的数学表达,并通过实验数据验证该模型的误差小于5%.     

基于粒子群优化的BP神经网络图像复原算法研究

立足于粒子群算法与BP神经网络算法相结合的PSO-BP算法,在对其进行优化的基础上,将这一算法应用到图像复原的研究中。在PSO-BP优化算法模型中,一方面用BP算法将各个训练样本的误差进行反传,并用原始图片作为参考共同修正BP算法的权阈值;另一方面又通过正向粒子群算法及BP自身算法对复原图像进行优化。最后通过算法分析和实验数据验证PSO-BP优化算法的复原效果优于同类型算法。     

低铬合金钢的超高周疲劳行为和裂纹扩展路径分析

SAE5120钢是汽车行业中齿轮构件使用的材料,其实际使用循环数超过了109。研究经过热处理、普通渗碳或表面低压渗碳处理后的低铬合金钢的超高周疲劳行为,应用压电超声疲劳试验机(20 kHz,应力比R=0.1)完成超高周疲劳试验,并获得处理后材料的超高周疲劳行为。通过对表面渗碳处理后试件断口的裂纹扩展路径分析,研究材料表面渗碳处理、微观结构、与杂质有关的裂纹萌生及断裂机理,根据高倍扫描电镜的裂纹条纹测量和应力强度因子计算对Paris公式的参数进行了估计。