残余应力对W-Cu复合材料导热性能的影响

用熔渗法制备的W-Cu复合材料在小批量生产时，发现熔渗结束后样品的热导率数据分散不稳定，受熔渗时摆放位置的影响很大。将熔渗结束后的样品退火，采取不同的方式冷却。用X射线衍射法测量其残余应力，用热脉冲法测量其热导率，研究了残余应力对材料导热性能的影响。结果表明：随冷却速度的加快，残余应力值增大，热导率降低。钨和铜的热膨胀系数相差较大，从高温冷到室温时两相收缩程度不一样，冷却速度过快时，在界面处产生残余应力，使材料的热导率降低。分析了残余应力对材料导热性能的影响及机制。     

钛基复合材料残余应力的测试方法

由于连续SiC纤维增强的钛基复合材料密度低、室高温比强度和比刚度等性能优异而有望用作诸如航空、汽车工业中的高温结构件。钛基体合金与强化SiC纤维间的热膨胀系数(CTEs)差别较大，从加工温度冷却时，复合材料内存在非常大的残余应力，从而影响钛基复合材料的机械性能和热机械性能，是复合材料失效的一个重要因素。因而如何精确地评价热机械循环后复合材料的残余应力是很重要的。可用X射线和中子衍射技术测定基体合金内的残余应力，但X射线仅限于近表面约10m的区域，中子衍射的能力比X射线的约高1000倍。近来有研究人员开发出简单的试…     

颗粒对铝基复合材料热残余应力的影响

采用有限元方法对SiCp/Al复合材料制备冷却后的热残余应力进行了数值模拟,建立平面应力单颗粒及多颗粒复合材料几何模型,研究了颗粒形貌及体积分数对复合材料热残余应力的影响。结果表明,复合材料中颗粒和基体的界面附近存在较大的热残余应力,球形颗粒模型热残余应力比方形颗粒模型热残余应力小,多颗粒模型中应力分布较复杂,复合材料热残余应力随颗粒体积分数增加而增大。     

转向架用S355J2W钢MAG焊接接头残余应力研究

利用X射线衍射法和超声临界折射纵波法测量和分析S355J2W钢MAG焊接接头的起弧区、中心区和收弧区残余应力。结果表明:超声波法和X射线衍射法均可用于S355J2W钢MAG焊接接头的残余应力测量,在焊缝和热影响区,超声波法的应力测量值比X射线法的大30~40 MPa。各测试区残余应力分布趋势相近,在焊缝及近缝热影响区为数值较大的残余拉应力,远离焊缝中心的母材为压应力。中心区的残余应力峰值大于起弧区和收弧区。     

颗粒增强镁基复合材料热残余应力及其对宏观力学性能的影响

采用有限元方法对Si CP/AZ91复合材料制备后的热残余应力进行了数值模拟,建立了平面应力多颗粒随机分布的几何模型,研究了颗粒形状对该复合材料热残余应力的影响。通过简化模型,研究了受静态外力载荷时复合材料内部的热残余应力场变化。同时利用Taylor非局部应变梯度塑性理论和有限元法相结合,研究了热残余应力、颗粒形状及颗粒尺寸效应对颗粒增强金属基复合材料拉伸变形行为的影响。同时还说明了热残余应力对基体塑性变形的影响过程。     

激光增材制造残余应力研究现状

首先介绍了激光增材制造中残余应力的产生和危害,指出高的温度梯度和不均匀相变是高残余应力的原因,列举了残余应力造成的热裂纹、翘曲和疲劳失效等危害。然后,从残余应力的试验测定、数值模拟以及调控消减三个方面总结了相关研究现状。残余应力试验测定部分包括表面和内部残余应力的测试,方法有X射线衍射法、中子衍射法和压痕法等。数值模拟部分主要评述了工艺参数和扫描策略对应力场的影响。残余应力调控指的是在成形过程中,通过工艺控制减少应力的产生,主要介绍了采用热处理、超声冲击降低已成形构件残余应力的相关研究。最后提出应开展微观残余应力到大型构件宏观残余应力的多尺度表征,表面残余应力和内部残余应力相结合的多手段定量测定等专题研究,为开展残余应力与工件失效的关联性研究打下基础。     

颗粒增强金属基复合材料热残余应力研究进展

本文综述了颗粒增强金属基复合材料热残余应力的国内外研究进展,分析了颗粒增强金属基复合材料中热残余应力的产生及影响因素,介绍了金属基复合材料残余热应力的解析模型和有限元模型等理论模型及测量方法。     

SiC颗粒增强铜基复合材料热残余应力的数值模拟

利用有限元方法建立轴对称模型分析了SiC颗粒尺寸、体积分数以及温度对铜基复合材料热残余应力的影响.结果表明,随温度的升高,残余应力很快增大;随SiC颗粒尺寸和体积分数的增大,残余应力均呈增大趋势.基体受残余拉应力,颗粒受残余压应力,在结合界面处存在最大残余拉应力.     

基体材料性能对钛基复合材料热残余应力的影响

采用有限元数值模拟技术,对SCS-6 SiC/Ti-24Al-11Nb复合材料的热残余应力进行数值模拟,重点分析了基体材料性能对热残余应力的影响.结果表明,基体和纤维热膨胀系数的差异是导致热残余应力的主要因素,另外,基体弹性模量和屈服应力因素也对热残余应力有一定影响.研究结果为SiC纤维增强钛基复合材料的基体选择提供了一定的依据.     

中子衍射和有限元法研究不锈钢复合板补焊残余应力

利用中子衍射和有限元法分析不锈钢复合板补焊残余应力,结果表明:计算结果与测试结果具有一致性.焊缝和热影响区产生了较高的残余应力,远离热影响区,残余应力逐渐降低.由于局部补焊加热,沿厚度方向产生了弯曲应力;在不锈钢覆层,最大残余应力位于热影响区,由于加工硬化的影响,其值已超过屈服强度.因此,采用常规标准假设会使评定结果与实际存在差异,利用中子衍射与有限元法相结合,不仅可以准确获得残余应力大小,而且可以获得沿厚度方向分布的残余应力,满足安全评定标准有关处理焊接残余应力的要求.     

可计及温度与层状结构影响的超高温陶瓷基复合材料涂层残余热应力理论表征模型

目的创建可计及温度与层状结构共同影响的超高温陶瓷基复合材料涂层与基体层因热不匹配导致的残余热应力的理论表征模型。方法基于经典的层合板理论与超高温陶瓷基复合材料热物理性能参数对温度的敏感性研究,引入温度和层状结构对涂层与基体层所受残余热应力的影响,形成各层残余热应力温度相关性的理论表征方法,并以ZrB_2-SiC复合材料涂层为例,利用该理论方法系统地研究了各种控制机制对残余热应力的影响及其随温度的演化规律。结果超高温陶瓷基复合材料涂层与基体层所受的残余热应力随着温度的变化而变化,涂层热膨胀系数与基体层热膨胀系数差别越大,变化幅度越大。当涂层材料热膨胀系数大于基体层材料热膨胀系数时,涂层材料遭受残余拉应力,基体层材料遭受残余压应力;随着涂层厚度的增加,涂层所受拉应力减小,而基体层所受压应力增大;当涂层材料热膨胀系数小于基体层材料热膨胀系数时,涂层材料遭受残余压应力,基体层材料遭受残余拉应力;随着涂层厚度的增加,涂层所受压应力减小,而基体层所受拉应力增大。低温下,各层所受残余热应力对层厚与每层材料组成的变化比较敏感,随着温度的升高,敏感性降低。结论对于涂层材料,应设计涂层材料的热膨胀系数小于基体层材料的热膨胀系数,使涂层遭受残余压应力,这不仅能够降低材料表面产生裂纹的危险,同时可以抑制表面已有缺陷的扩展。同时应当设计相对较小的涂层厚度,以增大涂层所受的残余压应力,降低基体层所受的残余拉应力,有效提高整体材料在不同温度下的强度性能。     

Thermal residual stresses and stress distributions under tensile and compressive loadings of short fiber reinforced metal matrix composites

1　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＤｕｅｔｏｌａｒｇｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｉｎｔｈｅｒｍａｌｅｘｐａｎｓｉｏｎｃｏ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｆｉｂｅｒａｎｄｔｈｅｍａｔｒｉｘａｎｄｓｐｅｃｉａｌｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌｓｈａｐｅｏｆｔｈｅｆｉｂｅｒ ,ｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓｅｓ (ＴＲＳ) ｇｅｎｅｒａｔｅｄｄｕｒｉｎｇｃｏｏｌｉｎｇｆｒｏｍｈｉｇｈ(ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ)ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｔｏｒｏｏｍｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｈａｖｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｉｎｆｌｕｅｎｃｅ…     

缓解陶瓷/金属连接接头残余热应力的方法研究进展

由于陶瓷与金属的热物理性能不匹配,使得陶瓷/金属连接接头在焊后往往产生巨大的残余热应力.在陶瓷、陶瓷基复合材料连接研究领域,几乎一直伴随着缓解陶瓷/金属连接接头残余热应力的方法研究.综述了国内外几十年来的研究成果,总结出7种缓解陶瓷/金属连接接头残余热应力的方法,其中缓释层、梯度、复合的概念十分重要,并对这些方法的原理进行了分析和探讨.要想获得理想的缓解残余应力的效果,发展多种方法相结合的复合缓解应力方法将是重要的研究方向.     

真空压力浸渗制备CF/Al复合材料热收缩与残余应力数值模拟与实验研究

针对连续碳纤维增强铝基复合材料(CF/Al复合材料),采用细观力学数值模拟与热性能试验结合的方法,研究了真空压力浸渗制备过程中的热收缩行为和热残余应力分布。结果表明,复合材料的横向热收缩应变量远大于轴向热收缩应变量,且具有横观各向同性,纤维随机分布的单胞有限元模型能够准确地预测复合材料轴向与横向热收缩行为曲线;复合材料制备完成后纤维和基体合金分别处于压应力和拉应力状态,基体和纤维的横向残余应力均小于其轴向残余应力,且均表现出横观各向同性;基体合金在轴向残余拉应力作用下会出现不同程度的损伤现象,特别是纤维间距较小部位过高的残余应力会引发界面的局部失效,从而不利于发挥复合材料承载性能,减少纤维局部偏聚是进一步改善提高复合材料力学性能的重要技术手段。     

Effect of thermal stresses on the thermal expansion and damping behavior of ZA-27/aluminite metal matrix composites

When the fabrication of a metal matrix composite (MMC) involves its cooling from a high temperature, plastic-elastic residual deformation fields can be generated within and around the particle due to the differential thermal expansion between the particle and matrix metal. The present investigation is concerned with the effect of thermal residual stresses on the thermal expansion and damping behavior of aluminite particulate-reinforced ZA-27 alloy MMCs. Composites were prepared by the compocasting technique with 1, 2, 3, and 4 wt.% of aluminite reinforcement. Thermal expansion and damping properties have been studied experimentally as a function of temperature over a temperature range 30 to 300 °C both in the heating and cooling cycle. The thermal expansion studies exhibited some residual strain, which increased with the increase in the weight percent of the reinforcement. The damping capacity of both the composites and matrix alloy is found to increase with the increase in temperature during the heating cycle, whereas in the cooling cycle, damping behavior exhibits a maximum, which becomes more pronounced with the increase in the weight percentage of the reinforcement. The appearance of the maximum may be linked with dislocation generation and motion as a result of plastic deformation of the matrix at the metal/reinforcement interface. This phenomenon is attributed to the thermal stresses generated as a result of coefficient of thermal expansion (CTE) mismatch between the composite constituent phases. The thermal stresses have been estimated in both the cases using simple models.     

纤维增强金属基复合材料中轴向热残余应力分析

采用ANSYS有限元分析软件,通过显微复合材料模型,系统地分析了纤维直径、TiC 中间层厚度、纤维体积分数和制备温度等因素对SiC纤维增强Cu基复合材料轴向热残余应力的影响特征.结果表明,纤维直径的变化并不影响热应力的人小,但直径越小应力梯度越大;TiC中间层的厚度变化对自身及基体中的应力影响较小:但制备温度的变化对TiC层中的热应力影响较大;纤维体积分数的变化对纤维和基体中的热应力也有着非常显著的影响.     

Effects of particle size on residual stresses of metal matrix composites

A finite element analysis was carried out on the development of residual stresses during the cooling process from the fabrication temperature in the SiCp reinforced AI matrix composites. In the simulation, the two-dimensional and random distribution multi-particle unit cell model and plane strain conditions were used. By incorporating the Taylor-based nonlocal plasticity theory, the effect of particle size on the nature, magnitude and distribution of residual stresses of the composites was studied. The magnitude thermal-stress-induced plastic deformation during cooling was also calculated. The results show similarities in the patterns of thermal residual stress and strain distributions for all ranges of particle size. However, they show differences in magnitude of thermal residual stress as a result of strain gradient effect. The average thermal residual stress increases with decreasing particle size, and the residual plastic strain decreases with decreasing particle size.     

Effect of thermal residual stresses on yielding behavior under tensile or compressive loading of short fiber reinforced metal matrix composite

1　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＤｕｅｔｏｓｐｅｃｉａｌｍａｔｅｒｉａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｓｈｏｒｔｆｉｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｍｅｔａｌｍａｔｒｉｘｃｏｍｐｏｓｉｔｅ (ＳＦＲＭＭＣ) ,ｔｈｅｍａｔｒｉｘａｎｄｔｈｅｆｉｂｒｅｄｅｆｏｒｍｅｖｉｄｅｎｔｌｙｎｏｎ ｕｎｉｆｏｒｍｌｙ .Ｔｈｉｓｎｏｎ ｕｎｉｆｏｒｍｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｃａｎｂｅｆｕｒｔｈｅｒｅｎ ｈａｎｃｅｄｄｕｅｔｏｔｈｅｐｒｅｓｅｎｃｅｏｆｔｈｅｒｍａｌｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓｅｓ(ＴＲＳ)ｄｅｖｅｌｏｐｅｄｄｕｒｉｎｇｃｏ…     

界面形貌对热障涂层界面残余应力影响的数值模拟

利用有限元方法 ,对热障涂层热循环降温过程中产生的残余应力进行了数值模拟 ,研究了有尖点和无尖点正弦波形微坑以及矩形微坑对界面残余应力的影响。结果表明 ,微坑形状不同 ,界面上残余应力的大小、性质与分布也不同 ;微坑的形状变化和尖点的出现 ,将会使该处的应力发生突变 ,不利于增强界面结合强度。因此 ,从对热障涂层界面残余应力的影响角度看 ,无尖点的正弦波形微坑既优于有尖点微坑也优于矩形微坑     

钛过渡层对CVD金刚石膜热残余应力的影响

选用钛作为金刚石膜和钼基体间的中间过渡层,探讨使用过渡层减小热残余应力的可能性.建立三维有限元分析模型,对使用钛过渡层前、后,金刚石膜内及界面处的热残余应力分量的分布分别进行模拟和比较;考虑了热膨胀系数随温度的变化;讨论了热残余应力对金刚石膜失效的影响.结果表明:采用钛过渡层后,热残余应力的特性和分布规律并未改变,但各应力分量的大小均有一定的减小.本文所建三维的有限元分析模型与已往的一维解析模型都能得出金刚石膜沿其厚度上的径向应力分布,但前者还能得出金刚石膜在其内部及界面处的多个应力分量沿径向或沿厚度的分布规律.