复合钎料钎焊Al_2O_3接头剪切应力场的数值模拟

对Al2O3颗粒增强复合钎料钎焊Al2O3/Al2O3接头的残余应力场进行了数值模拟,分析了Al2O3陶瓷颗粒的加入对陶瓷接头残余剪切应力的影响.模拟发现,陶瓷接头的最大应力位于陶瓷-钎缝界面,陶瓷颗粒的加入对钎焊接头应力起到了缓解作用,其缓解程度随陶瓷颗粒体积分数的增加而增大;在陶瓷颗粒百分比一定的情况下,钎缝厚度的...     

两种钎料大间隙钎焊K465合金接头组织及性能

采用预填镍基合金粉的方法,分别采用一种钴基钎料和一种镍基钎料对K465镍基铸造高温合金进行了大间隙钎焊试验。结果表明,这两种钎料均能实现K465合金的大间隙钎焊。钴基钎料钎焊接头微观组织主要包括镍基合金粉颗粒、粉颗粒间Ni-Co基固溶体以及固溶体上分布着的灰色块状相M23(C,B)6和白色块状相M3B2。镍基钎料钎焊接头微观组织包括镍基合金粉颗粒、粉颗粒间Ni-Cr基固溶体以及分布在颗粒上和颗粒间的白色物相M3B2。钴基钎料钎焊接头900℃平均抗拉强度520 MPa,高于镍基钎料钎焊接头的488 MPa,两者均超过了母材强度的50%。     

颗粒增强复合钎料钎焊TiAl合金接头界面结构及性能

采用纳米Si3N4颗粒增强的AgCuTi复合钎料(AgCuTiC)实现了TiAl合金的钎焊连接.利用SEM,EDS及XRD等分析方法确定了TiAl/AgCuTiC/TiAl接头的典型界面结构为TiAl/AlCu2Ti/Ag(s,s)+TiN+ Al4Cu9+Ti5Si3.结果表明,钎焊过程中从TiAl母材溶入液相钎料的活性钛与复合钎料中纳米Si3N4颗粒发生反应,在钎缝中形成了细小的颗粒状TiN,Ti5Si3及Al4Cu9化合物增强的银基复合材料组织.银基复合材料的形成不仅提高了钎缝自身的强度,而且通过降低钎缝的线膨胀系数缓解了接头残余应力,并最终改善了钎焊接头的性能.当采用增强相含量为3％的AgCuTiC钎料在880℃保温5min条件下钎焊时,接头室温平均抗剪强度最高为278 MPa,比采用AgCuTi钎料提高40％.     

焊接残余应力数值模拟研究技术的现状与发展

在焊接过程中产生的动态应力应变及随后形成的残余应力，是导致焊接裂纹和接头性能下降的重要因素。因此，焊接残余应力一直是人们关注的热点问题。结合焊接残余应力的研究方法与手段。介绍近年来固内外关于焊接残余应力的研究现状与发展。     

基板材料对QFP焊点应力应变影响的数值模拟

采用粘塑性有限元法,针对三种不同基板材料,对Sn3.8Ag0.7Cu焊点的应力及应变进行分析.结果表明,FR-4基板对应焊点的最大应力集中在焊点最内侧的尖角处;LTCC基板对应焊点的最大应力集中在焊点最外侧的尖角处;PTFE基板对应焊点的最大应力集中在焊点和引线交界的尖角处.三种基板材料中,FR-4基板对应焊点的残余应力最小,LTCC基板对应焊点残余应力最大,PTFE基板对应焊点居中.运用Anand方程计算得出Sn37Pb钎料的分析结果和Sn3.8Ag0.7Cu钎料对应的结果具有相同的规律.对基板厚度进行的优化模拟计算结果表明,基板厚度为0.8mm时对应焊点的残余应力最大.     

Zn-Al钎料钎焊Cu/Al接头组织和性能(英文)

使用不同成分的Zn-Al钎料对铜铝异种金属进行火焰钎焊,研究其力学性能。利用光学显微镜、扫描电镜和能谱研究不同Zn-Al钎料对Cu/Al钎焊接头钎焊性、力学性能及显微组织的影响。结果表明:随着Al含量的增加,Zn-Al钎料在Cu和Al上的铺展面积逐渐增大。当钎料中Al含量为15%时,Cu/Al接头的抗剪强度达到最大值88MPa;随着组织的变化,钎缝硬度值呈现HV122到HV515不等的分布。另外,钎缝组织的成分主要为富Zn相和富Al相,但是当钎料中Al含量为2%和15%以上时,靠近Cu侧的界面处会分别形成CuZn3和Al2Cu两种完全不同的金属间化合物。研究Zn-Al钎料中铝含量对Cu/Al接头界面化合物类型的影响。     

K24镍基合金钎焊接头热应力的有限元模拟

采用有限元方法,模拟计算了镍基合金粉末钎料在1270℃钎焊K24镍基合金时,接头在冷却过程中的热应力最大值和应力集中区.结果表明,在冷却过程中,K24合金接头的切应力主要集中在界面端点处,且切应力的最大值出现在镍基钎料/K24合金界面的右端点处,其随着温度的降低先减小后增大.同时,接头x方向拉应力最大值也出现在此处,且其随着温度的降低经历由负到正的变化过程.当承受外切切力时,接头并非在镍基钎料内部断裂,而镍基钎料,/K24合金界面易成为接头的主要断裂区.     

基于有限元法和纳米压痕技术的SS304/BNi-2/SS304钎焊接头残余应力分析

利用有限元软件ABAQUS开发了一个顺次耦合的有限元程序对SS304/BNi-2/SS304T形钎焊接头残余应力进行了数值模拟,并采用纳米压痕试验进行了测量.结果表明,由于304不锈钢与镍基钎料的力学性能的差异导致了钎焊接头残余应力的产生.其最大值出现在钎角部位,裂纹易在该处起裂并扩展,成为最薄弱区域.残余应力沿中缝逐渐减小,其它区域应力分布较均匀.纳米压痕试验采用了Suresh模型,并将此模型下的试验测量结果与有限元结果进行了比较分析,两者吻合较好,从而也验证了有限元模拟的有效性与可靠性.     

Numerical simulation of stress distribution in Al_2O_3-TiC/Q235 diffusion bonded joints

The distributions of the axial stress and shear stress in Al2O3-TiC/Q235 diffusion bonded joints were studied using finite element method （FEM）. The effect of interlayer thickness on the axial stress and shear stress was also investigated. The results indicate that the gradients of the axial stress and shear stress are great near the joint edge. The maximal shear stress produces at the interface of the Al2O3-TIC and Ti interlayer. With the increase of Cu interlayer thickness, the magnitudes of the axial stress and shear stress first decrease and then increase. The distribution of the axial stress changes greatly with a little change in the shear stress. The shear fracture initiates at the interface of the Al2O3-TiC/ Ti interlayer with high shear stress and then propagates to the Al2O3-TIC side, which is consistent with the stress FEM calculating results.     

Evaluation of stress concentration for planar tubular joints

In offshore tubular structures, a typical tubular joint may be subjected to three different types of basic loadings： axial, in-plane bending and out-of-plane bending, through its brace members. Each type will cause a different stress distribution at the joint intersection of structures. Moreover, the actual load condition of a tubular joint can be any combination of the above three basic load cases, for this reason, a combined loading was investigated in addition to these three basic loadings. This load is composed of an axial loading combined with a continuation of rotational bending loading obtained while rotate center of the brace around a circle. Different types of planar joints such as T, Y, X, K, DT, DY, DX, TY, TK, DTX, DTDY, and DTDK, with braces subjected to combined loading, were numerically analyzed to study the effect of those different cases of loading and different types of joints, on the stress concentration zone and values.     

Effect of fiber distribution on residual thermal stress in titanium matrix composite

Residual thermal stresses (RTS) of SCS-6 SiC/Ti-24Al-11Nb composite were analyzed by using finite element method (FEM). Three models of fiber array in the composite and the effect of fiber distance on the RTS were discussed. In all the three models compressive stress was found in the radial direction and tensile stress in the tangential direction. It is pointed out that, in real composite system, hexagonal fiber geometry is superior because the distribution and the magnitude of the residual stress are similar to those in single fiber model. In square fiber geometry, it is easier to make the matrix crack due to the larger residual tangential stress. RTS becomes very large and changes violently when the fiber distance is less than 15μm or so, therefore too high fiber volume is apt to result in matrix crack.     

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。     

金属基复合材料界面性能对残余应力的影响

采用ANSYS有限元软件计算涂层法制备的SCS-6 SiC/Ti-6Al-4V复合材料内热残余应力,分析了界面性能对热残余应力的影响。结果表明:较高的热膨胀系数(CTE)导致界面层产生高的应力梯度,使环向残余应力由低热膨胀系数时的压应力转变为较高的热膨胀系数时的拉应力;界面层弹性模量的增加,使得纤维和界面层内径向残余压应力明显增加,但对基体中的残余应力影响并不大;界面层厚度的变化对基体中径向残余应力影响不大,但随着界面层厚度增加,基体中残余应力有所减小。     

Numerical studies on the stress distribution in weldbonded joints with different adhesives

The Effect of elastic modulus and thickness of the adhesives on the stress distribution in weldbonded joints hasbeen studied with three-dimensional elastoplastic finite element method (FEM). Stress distribution curves have beenobtained at the edges of the spot welds and the lap zones in weldbonded joints, which werem made with adhesives ofdifferent elastic modulus or different thickness. Results show that there exists larger stress concentration at the edge of thespot Welds, though the shear stresses in the adhesive layers are smaller for weldbonded joints with low elastic modulus orthick adhesive layers. the stress concentration decreases and the shear stresses in adhesive layers increase with the increaseof the elastic modulus or the decrease of the adhesive thickness. It is concluded that the thiner adhesive layers with higherelastic modulius are preferable in weldbonded joints to cut down the stress concentration.     

淬火过程中温度、组织及应力/应变的有限元模拟

为了找到淬火过程中零件产生不规则扭曲变形的原因,选择了H型截面零件为研究对象,建立了相应的有限元分析模型,利用自开发的淬火过程有限元模拟软件对温度、组织和应力/应变进行了耦合分析.通过有限元模拟,得到了温度变化、相变及相变塑性对残余应力及淬火变形的影响,给出了零件内部弹性区及塑性区的演变过程.分析结果表明:零件在淬火过程中经历"弹性-塑性-弹性-塑性-弹性"的演变过程;在淬火过程中,相变塑性导致零件发生不均匀、无规律的扭曲变形.     

铝合金薄板焊接应力三维有限元模拟

采用热弹塑性有限元方法,对铝合金薄板脉冲TIG焊接接头的焊接应力进行了三维数值模拟,考虑材料性能随温度的变化,对焊接残余应力进行测量.结果表明,铝合金薄板中的焊接应力产生、发展很快,加热结束后不久应力便趋于稳定.热源前缘和两侧区域存在数值很高的纵向和横向动态压应力,焊缝中心的纵向残余拉应力低于母材的屈服强度,距焊缝中心10 mm处的最大纵向残余拉应力达到母材的屈服强度,并且拉应力区较宽,远离焊缝区域的纵向残余压应力数值较大,因此铝合金薄板焊接结构易发生动态和焊后失稳,横截面上纵向残余应力的数值模拟结果与实测结果基本一致.     

移去热源前后中高碳钢堆焊温度场和应力场的数值模拟

以中高碳钢60CrMnMo为研究对象,测量了堆焊后的残余应力场.采用有限元分析对热源移去前后堆焊温度场和应力场进行了数值模拟.残余应力场实测结果与模拟结果基本吻合,证明了模型的有效性.温度场模拟获得了不同时刻整个试样的温度分布及试样上各典型截面的温度变化曲线.堆焊16 s后移去热源前后温度场分布有很大差异,堆焊结束后,热量迅速向下表面及周界方向传播.直至180s,试样温度场显现平衡态,传热基本停止,此时温度峰值位于靠近下表面心部,内外温差不大.利用温度场模拟结果模拟了堆焊热源移去前后几个关键时刻的瞬态过程应力.结果表明,应力峰值出现于热影响区与母材区交界面,跃变点前后变化十分显着.     

玻璃与金属真空钎焊接头残余应力影响参数分析

玻璃和金属焊接接头由于设计不合理,将致使接头存在较大的焊接残余应力,会严重削弱接头强度.应用顺次耦合有限元热应力计算方法,对平板玻璃和金属在真空条件下的钎焊过程进行了数值模拟,分析了玻璃、金属、钎料厚度、钎焊压力和钎焊温度等因素对应力集中区域残余应力的影响,并观察了焊接接头拉伸断裂后的形貌特征.结果表明,金属厚度增加会增大残余应力,并且其对残余应力影响最显著;钎焊压力和钎焊温度的增加可以降低残余应力;玻璃和钎料厚度对残余应力的影响不大;焊接接头的拉伸断裂区域位于玻璃和金属焊接接头界面贴近玻璃一侧.     

RPV顶盖和CRDM管座焊接残余应力三维数值模拟

制造了反应堆压力容器顶盖和控制杆驱动机构(CRDM)管座贯穿件J形密封焊模拟件,测试了焊接过程温度和焊后残余应力;采用分段移动温度热源模型和热力耦合方法实现了三维焊接温度场和应力场的高效计算,并与试验结果进行了比较;基于模拟的三维残余应力场研究了J形密封焊的应力分布特征. 结果表明,采用的模型和方法能实现J形密封焊残余应力的高效数值计算,计算和试验结果符合较好;J形密封焊缝上的纵向应力大于轴向应力,贯穿件内外壁应力不均匀,焊缝和贯穿件坡上和坡下区域的应力大于侧坡区域应力.     

SnAg1.0Cu0.5对Ag30CuZnSn药芯钎料润湿性能及钎焊接头力学性能的影响

向Ag30CuZnSn药芯钎料药粉中添加SnAg1.0Cu0.5(SAC105)粉末,研究了不同SAC105含量对Ag30CuZnSn药芯钎料钎缝组织及钎焊接头性能的影响.结果表明,SAC105的加入可以显著提高Ag30CuZnSn药芯银钎料的润湿铺展性能,随着SAC105的添加量增加,Ag30CuZnSn药芯银钎料的...