异种钢焊接接头脉冲放电强化与力学性能分析

采用电磁热止裂强化方法对异种材料焊接接头进行强化研究,对含椭圆形埋藏裂纹缺陷的焊接接头进行了脉冲放电数值分析,得到放电瞬间的热应力场和冷却到常温时的残余应力场,结果表明,脉冲放电瞬间焊接接头中的裂纹尖端温升超过材料熔点,裂尖钝化并产生了有利的残余压应力;对Q235和1Cr18Ni9焊接接头进行了电磁热强化试验研究,结果表明,试件通过放电强化,焊接接头的力学性能得到改善,抗拉强度提高19.4%,冲击韧性提高12.07%。     

带有空间双裂纹的金属拉伸试件脉冲放电止裂与力学性能

为解决电磁热裂纹止裂技术应用的学性能.应用热-电耦合的分析方法模拟研究带有预制双裂纹的标准合金钢拉伸试件脉冲放电止裂瞬时的温度场,并为实施止裂试验提供了工艺参数;应用ZL-2超强脉冲电流发生装置实现了空间双裂纹的止裂试验,放电后两个裂纹尖端附近均熔化形成焊口,裂尖的曲率半径在放电瞬间增大了几个数量级,可达到止裂的目的;借助微机控制电子万能试验机对止裂后的合金钢试件进行拉伸试验,并对止裂后裂尖处金相组织进行分析,研究断口的形态.研究结果表明:在合适的脉冲放电电压下,电磁热效应可以实现空间裂纹止裂,并有效地提高试件的力学性能.     

脉冲放电截止热疲劳裂纹的亚临界扩展

对３Ｃｒ２Ｗ８Ｖ模具热疲劳裂纹进行脉冲放电,裂纹尖端熔化形成焊点,使裂尖钝化,阻止了热疲劳裂纹的亚临界扩展。脉冲放电能使裂尖处的组织和性能发生有利的变化,显著地 提高裂尖处裂纹萌生所需的能量和扩展功,截止了亚临界裂纹的继续扩展。     

2Cr13焊接构件埋藏裂纹电磁热止裂及力学性能强化

选择2Cr13材料,通过对接焊方法在焊接接头处预制埋藏裂纹,采用超声波无损检测对埋藏裂纹位置及尺寸进行标定;采用热—电耦合焦耳热问题的数值分析方法,计算出放电瞬间焊接接头内圆形埋藏裂纹的温度场,并求得止裂后焊接接头内的残余应力场。通过ZL-2型超强脉冲放电装置对焊接接头进行电磁热止裂强化试验,对止裂前后埋藏裂纹裂尖附近微观组织进行分析,对比测试止裂前后试件的抗弯、拉伸等力学性能。研究结果表明:止裂瞬间,焊接接头中埋藏裂纹裂尖处温升超过金属熔点,裂尖熔化、钝化,达到阻止裂纹扩展的目的;同时,止裂后裂尖附近微观组织明显细化,出现强韧性均好的白亮组织,进一步阻止了裂纹的扩展;止裂后焊接接头抗弯强度提高18.0%,抗拉强度提高11.7%,断后伸长率提高34.6%。研究证实,脉冲放电实现了2Cr13焊接接头内埋藏裂纹止裂,并提高了焊接接头的力学性能。     

在役45钢构件半埋藏裂纹的电磁热止裂

应用自制的ZL-2超强脉冲电流发生装置,对带有半埋藏裂纹的45钢拉伸试样进行了拉伸载荷作用下的脉冲放电电磁热止裂;对止裂前后的拉伸试样通过微机控制电子万能试验机进行了三点弯曲试验,并对止裂前后裂尖附近的显微组织进行了对比分析.结果表明:电磁热止裂后,裂纹尖端瞬时熔化、钝化,达到了裂纹止裂的目的;在裂纹尖端附近的组织出现了细化,电磁热止裂后试样所能承受的最大弯曲力和抗弯强度分别较止裂前提高了约23%和25%.     

半埋藏裂纹金属构件脉冲放电相变应力分析

对含半埋藏裂纹的45钢金属构件进行脉冲放电电磁热止裂强化实验,得出脉冲放电电压与止裂强化效果之间的关系,并对止裂强化前后裂尖形貌及显微硬度进行了对比分析,电磁热止裂强化后,裂尖周围显微硬度得到了大幅度的提高;应用Eshelby等效夹杂原理对脉冲放电止裂后裂纹尖端发生组织转变的相变应力进行了理论计算,结果表明,相变应力为压应力,阻止了裂纹的扩展。研究结果为电磁热止裂技术的实际应用奠定了理论基础。     

含半埋藏空间裂纹的Cr12冷冲凹模电磁热止裂分析

对内表面含有半埋藏半椭圆裂纹的Cr12冷冲凹模进行了电磁热止裂研究。采用数值分析的方法,对放电瞬间的耦合场进行了分析,给出了半埋藏半椭圆裂纹尖端附近温度场的分布状态;通过ZL-2型放电装置实现了半椭圆裂纹切片试样的止裂实验研究。研究结果表明：脉冲电流放电瞬间,围绕裂纹尖端的金属熔化,钝化了裂尖,得到了超细化的金属组织,提高了裂纹尖端的机械性能,阻止了干线裂纹源的开裂趋势,达到了止裂的目的。在数值模拟研究过程中采用热-电耦合的分析方法,综合考虑了材料非线性、状态变化非线性和几何非线性,数值模拟结果与实验结果比较相符。     

含埋藏椭圆型裂纹的构件脉冲放电瞬间的耦合场分析

采用数值分析的方法,对含三维埋藏椭圆型裂纹的构件放电瞬间的耦合场进行分析。计算脉冲放电瞬间椭圆形裂纹尖端附近的温度场和等效应力场的分布状态;并通过改变模型尺寸的模拟分析影响放电参数的主要因素。计算结果表明,由于电流绕流产生的焦耳热源的作用,裂纹尖端处温度瞬时急剧升高,但沿椭圆形裂纹尖端的温度值并不相同,最大值发生在长轴附近,只要放电电流的强度足够大,可以使椭圆环形裂尖均熔化形成焊口,并围绕环形裂纹尖端附近产生很大的热压应力场,可有效地遏制裂纹的扩展;在相同放电电流强度下,对椭圆裂纹尖端温度影响较大的是裂纹的绝对尺寸和椭圆长短轴的相对尺寸。在研究过程中分成热一电耦合和热一应力耦合两个过程,综合考虑材料非线性、状态变化非线性和几何非线性,结果比较符合实际。     

含半圆形埋藏裂纹金属构件脉冲放电时应力场分析

对纯弯曲载荷作用下含半圆形埋藏裂纹的金属构件在脉冲放电瞬间的应力场进行了理论分析,运用热传导、非定常热应力及汉克尔变换等理论,推导出应力场分布理论公式。由公式可知,在脉冲放电瞬间,电磁热在裂纹尖端形成热压应力场,压应力场能有效地抑制裂纹的扩展。对脉冲放电前后的含半圆形埋藏裂纹构件进行了超声波检测实验,利用超声波对比法测得脉冲放电后构件裂尖应力值,该应力值有所增大。     

含埋藏裂纹构件脉冲放电相变应力分析

对带有圆形埋藏裂纹的40CrNiMo金属构件进行了脉冲放电止裂强化实验。通过对脉冲放电后裂纹尖端的宏观形貌、相变区域与基体区的化学成分及显微硬度进行对比分析,发现相变区的组织得到了细化,其显微硬度得到大幅度提高;应用含有热源的非齐次非稳态热传导方程、相变动力学及等效夹杂等理论推导出了裂尖相变区域的相变应力理论公式。结果表明,裂尖附近相变区域形成了相变压应力,验证了电磁热效应对埋藏裂纹的扩展起到抑制作用。     

压力容器焊接结晶裂纹与防止措施

介绍了压力容器焊接过程中结晶裂纹产生的机理、影响因素及防止措施。     

奇异裂纹单元在固体导弹发动机药柱裂纹分析中的应用

为评估含裂纹的固体导弹发动机能否正常点火发射，利用奇异裂纹单元进行固体发动机药柱的裂纹分析。在发动机点火增压与轴向过载作用下，于发动机药柱危险截面的翼锥根部构建二维奇异裂纹单元，模拟裂纹扩展。随着裂纹的扩展，分别计算对应裂纹深度的应力强度因子，由此判断裂纹的稳定性。     

15MnVN钢疲劳短裂纹生长演化特性

对循环载荷作用下 15MnVN钢的显微组织变形、微观裂纹的萌生和短裂纹扩展过程进行了研究。结果表明 ,在孔边应力集中处 ,显微组织的变形是不均匀的 ,其主要集中在铁素体晶粒内。在循环载荷作用下 ,晶内滑移带与晶界相互作用 ,形成晶界微裂纹。微裂纹合并形成短裂纹。裂纹尖端塑性区内晶粒同样经历裂纹的萌生和扩展过程。在短裂纹范围内 ,裂纹的扩展过程有很大的随机性。分析结果表明 ,短裂纹的扩展过程符合对数正态分布。     

齿轮轮缘厚度对裂纹扩展路径的影响研究

齿轮是机械传动中非常重要的零部件之一.随着我国直升机传动系统的发展,对齿轮传动的可靠性提出了更高的要求.齿轮在传动过程中经常发生齿根疲劳折断现象,严重影响了齿轮的传动.因此,从线弹性断裂力学角度出发,提出了基于Abaqus的计算齿轮断裂过程中断裂参数的方法,并分步模拟了裂纹的扩展趋势,同时比较在全齿高不变的情况下,齿轮上不同的轮缘尺寸对裂纹扩展路径以及裂纹扩展速率的影响,为齿轮传动的安全性和可靠性设计打下基础.     

I-beam Crack Identification Based on Study of Local Flexibility due to Crack

Local flexibility of crack plays an important role in crack identification of structures.Analytical methods on local flexibility in a cracked beam with simple geometric crossing sections,such as rectangle,circle,have been made,but there are some difficulties in calculating local flexibility in a cracked beam with complex crossing section,such as pipe and I-beam.In this paper,an analytical method to calculate the local flexibility and rotational spring stiffness due to crack in I-beam is proposed.The local flexibility with respect to various crack depths can be calculated by dividing a cracked I-beam into a series of thin rectangles.The forward and inverse problems in crack detection of I-beam are studied.The forward problem comprises the construction of crack model exclusively for crack section and the construction of a numerically I-beam model to gain crack detection database.The inverse problem consists of the measurement of modal parameters and the detection of crack parameters.Two experiments including measurement of rotational spring stiffness and prediction of cracks in I-beam are conducted.Experimental results based on the current methods indicate that relative error of crack location is less than 3%,while the error of crack depth identification is less than 6%.Crack identification of I-beam is expected to contribute to the development of automated crack detection techniques for railway lines and building skeletons.     

V形切口尖端裂纹起裂方向的主应力判别准则及其验证

围绕V形切口尖端裂纹起裂方向,分析了V形切口尖端裂纹应力场、位移场、应力强度因子,提出了裂纹起裂方向的主应力判别准则。首先,详细给出了V形切口尖端应力应变场的求解方法,通过裂纹尖端场本征值的三次线性拟合及误差分析,确定了V形切口尖端裂纹位移场;然后,建立了V形切口尖端的数值分析模型,运用数值计算方法确定了应力强度因子和切口强度因子,提出了V形切口尖端裂纹起裂方向的主应力判断准则,给出了外推法求解分析过程;最后,以LY8为试验材料,在张角2β＝60°的V形切口情况下,对提出的V形切口尖端裂纹起裂方向计算方法与判别准则进行了试验验证。     

一种改进的疲劳裂纹闭合Newman模型

针对Nweman模型、Dugdale模型存在的对裂纹前端复杂塑性区和变应力比情况的计算精度不高、计算量大的问题，提出了一种改进模型。利用改进模型的计算结果，与Elber的实验结果以及Dugdale的理论分析结果进行了对比，证明了改进模型具有较高的精度。利用改进模型，对各种不同的应力比和过载情况下的裂纹扩展进行了计算，模拟出明显的裂纹闭合现象，其结果有助于裂纹闭合分析理论的建立。     

弹塑性疲劳裂纹扩展行为的数值模拟

基于ABAQUS有限元软件建立内聚单元模型以研究I型弹塑性疲劳裂纹的扩展过程。利用UEL子程序定义内聚单元的疲劳损伤累积准则以识别疲劳裂纹扩展过程中裂纹尖端的位置,并预测裂纹扩展速率da/d N。结果发现,预测的裂纹扩展速率与已有的试验结果吻合良好。通过ABAQUS软件中的温度-位移耦合分析方法同步获取裂纹扩展过程中因塑性变形能引起的裂纹尖端瞬态温度场的变化。结果显示,疲劳损伤累积准则所识别的裂纹尖端位置与裂纹扩展时最大温升点的位置具有一致性。这说明疲劳裂纹扩展过程中温度信号的变化也可以用于裂纹扩展规律的研究。基于数值模拟的方法验证了疲劳裂纹扩展过程中裂纹尖端的温升信号ΔT与裂纹扩展速率da/d N、应力强度因子范围ΔK之间的幂函数关系。研究成果有望用于疲劳裂纹扩展寿命的快速预测。     

搅拌摩擦修复2A12铝合金的疲劳性能和裂纹扩展行为

对含预制裂纹的2A12铝合金板进行搅拌摩擦修复试验,并对修复后的试样进行热处理。对修复试样与修复后热处理试样分别进行疲劳寿命与裂纹扩展试验,研究其疲劳性能的变化。结果表明:热处理可使修复试样疲劳寿命延长34.79%,修复试样与修复后热处理试样分别达到母材寿命的36.98%和49.89%,裂纹扩展速率均比母材的快,但修复后热处理试样裂纹扩展速率较修复试样低。疲劳断口显示,母材裂纹源多萌生于表面或亚表面夹杂相,修复试样与修复后热处理试样裂纹源多萌生于修复区和母材的界面,且裂纹源通常不止一处。稳定扩展区修复试样的修复区没有河流花样的解理面,而热处理后试样出现与母材类似的致密紧凑疲劳条带。修复试样瞬断区中由大量细小的等轴韧窝组成,而修复后热处理试样韧窝大小不等,但分布均匀。