孔挤压强化对Inconel 718高温合金疲劳性能的影响

为了提高Inconel 718高温合金螺栓连接孔的疲劳抗力,研究了孔挤压强化对Inconel 718高温合金中心孔试样疲劳寿命的影响,并采用扫描电镜、粗糙度仪、X射线应力测量仪及金相显微镜等仪器对孔壁表面完整性进行分析,探讨了孔挤压强化机制。结果表明:1.90%挤压过盈量的中心孔试样的中值疲劳寿命是未强化试样中值疲劳寿命的1.16~4.79倍。与2.85%挤压过盈量的试样相比,1.90%挤压过盈量试样取得了更优的疲劳寿命增益效果。分析发现:经1.90%挤压过盈量的孔挤压强化后,孔壁表面完整性得到了显著改善,孔壁表面粗糙度下降了64.2%,孔边形成了较深的残余压应力场,孔边晶粒组织发生了明显的塑性变形,形成了组织强化层。表面完整性的改善对疲劳寿命的增益具有重要作用。     

海洋大气环境与拉伸疲劳载荷协同作用下不同加载方式对7050铝合金腐蚀损伤特性的影响

目的 研究不同应力加载条件对7050铝合金在海洋大气环境与拉伸疲劳载荷协同作用下的腐蚀损伤行为的影响规律。方法 以实际海洋大气环境为7050铝合金的薄液膜腐蚀环境,同时采用自主研发的疲劳载荷试验装置对暴露在海洋大气环境中的7050铝合金施加不同的拉伸疲劳载荷。研究应力比和载荷加载周期对协同作用效应下7050铝合金的腐蚀速率、腐蚀形貌、疲劳性能及断口形貌等的影响规律。结果 在海洋大气环境与拉伸疲劳载荷协同作用下,所有7050铝合金试样均发生了点蚀和晶间腐蚀。在每月加载1次应力的条件下,应力比为0.1和0.06的试样的最大腐蚀深度分别为40.1、46.5μm。在每周加载1次应力的条件下,试样的最大腐蚀深度为41.2μm。每周加载应力、应力比为0.06的试样的腐蚀速率显著大于应力比为0.1、每月加载应力的试样的腐蚀速率,且前者更易发生腐蚀疲劳断裂。所有试样的断口都呈现出疲劳断裂特征,裂纹源在合金表面,并放射性地向试样芯部扩展。结论 缩小应力加载周期及减小应力比均会显著加速协同作用效应下7050铝合金的腐蚀损伤进程,降低其抗疲劳性能。     

2024锻造铝合金疲劳性能研究

本文着重研究了2024锻造铝合金经过T4及T6热处理后其单轴及多轴疲劳性能。采用了两种不同热处理方式制备出具有不同微结构的2024锻造铝合金,研究其在不同加载状态下的变形行为、疲劳机制及疲劳寿命。主要内容包括：对2024锻造铝合金进行单向拉伸、应力控制的单轴拉压疲劳及两种多轴拉扭疲劳试验,研究了加载状态与疲劳寿命的关系。结果表明,2024锻造铝合金材料的疲劳寿命对热处理和加载状态的敏感性很大,表现为在相同加载状态下2024-T4和2024-T6试样的寿命差别较大,以及同一热处理试样在不同应力幅值和不同加载路径下疲劳寿命差异大。     

TC21钛合金板孔冷挤压残余应力与疲劳性能研究

针对飞机后机身框TC21损伤容限钛合金带孔零件在服役过程中易过早产生疲劳裂纹的问题,采用开缝衬套冷挤压强化工艺进行了不同挤压量下的孔强化实验,并对挤压强化后的试样进行疲劳试验研究,得到了挤压量对TC21钛合金疲劳增益的影响规律。通过有限元仿真的方法研究了挤后孔边残余应力分布规律,从宏观和微观两方面观察和分析了不同挤压量下的疲劳断口形貌,探讨了冷挤压对孔边疲劳裂纹的萌生和扩展的影响,揭示了疲劳增益机理。研究结果表明,冷挤压强化后的孔边存在明显的切向压缩残余应力,改变了孔边裂纹萌生位置,延长了交变载荷作用下的疲劳裂纹扩展寿命,疲劳寿命随着挤压量的增大而明显提高,挤后试样疲劳寿命均提高50%以上。     

飞机钛合金接耳孔边激光冲击强化 应力场优化与试验研究

目的 钛合金关键承力接耳孔边疲劳断裂是影响飞机飞行安全的重难点问题,采用激光冲击强化技术对TC4钛合金小孔件进行强化,提高其疲劳寿命。方法 开展TC4钛合金小孔件单点有无填充、多点搭接激光冲击强化有限元数值模拟研究,确定最优强化工艺,并设计带双孔疲劳试样,进行疲劳试验验证。 结果 直径3 mm光斑单点激光冲击强化的有效范围仅为1.9 mm。孔内有填充,最内圈光斑圆心距孔边0.75 mm时,单光斑激光冲击强化孔边残余应力场分布均匀,且不会引入残余拉应力。双面依次强化会使先强化面残余压应力值略高于后强化面。46.5%径向搭接率下,孔边多点搭接激光冲击强化应力场均匀性优于36.5%和56.5%径向搭接率。强化后,试样的疲劳寿命得到提升,提升效果随最大加载力的减小而显著增大。断口分析表明,强化后,孔边裂纹源位置向深度方向移动,疲劳裂纹扩展区的疲劳条带间距明显减小。结论 最优强化工艺为：周向搭接率56.5%,径向搭接率46.5%,最内圈光斑圆心距孔边0.75 mm,孔填充双面同时强化。激光冲击强化在孔边表面引入600~800 MPa的残余压应力,模拟件疲劳寿命提升了6.98%~60.96%。     

电液束加工对DD6单晶合金气膜孔损伤行为研究

国内对于先进型号发动机涡轮转子单晶叶片已主要采用电液束加工。电液束加工主要是电化学阳极溶解的过程,对单晶高温合金会造成孔边材料的腐蚀损伤,进而在服役条件下影响单晶叶片的性能。采用微观观察、金相分析等研究电液束加工对单晶高温合金气膜孔的损伤行为,通过高温原位疲劳试验分析打孔损伤对疲劳裂纹萌生机制的影响。结果表明：在入口侧孔边及孔壁的腐蚀区域形貌均为DD6单晶高温合金电解腐蚀组织的特征,部分γ相被腐蚀掉,γ′相突出。入口侧孔边的电解腐蚀层厚度在15~30μm范围内,中间孔壁的电解腐蚀层厚度在6~9μm范围内;带单孔的DD6单晶高温合金试样疲劳裂纹萌生有两种情况：一是从孔边的疏松缺陷处萌生裂纹;二是从孔边的电解腐蚀损伤层附近起源。     

高强铝合金在海洋大气环境与拉伸疲劳载荷协同作用下的腐蚀损伤行为对比研究

目的 对比研究2024和7A52高强铝合金在海洋大气环境与拉伸疲劳载荷协同作用下的腐蚀损伤特性,并揭示其失效机理。方法 以实际海洋大气环境作为高强铝合金的薄液膜腐蚀环境,同时采用自主研发的疲劳载荷试验装置对暴露在海洋大气环境中的试样施加拉伸疲劳载荷,从电化学性能、腐蚀形貌、疲劳性能及断口形貌等方面对比分析协同效应下2种高强铝合金的腐蚀损伤规律。结果 在协同效应下,2024铝合金的腐蚀速率随着暴露时间的延长不断减小,腐蚀类型为剥蚀,最大腐蚀深度为236.4 μm。7A52铝合金的腐蚀速率随着暴露时间的延长呈现波动趋势,腐蚀类型为点蚀和晶间腐蚀,最大腐蚀深度为20.5 μm。2024铝合金相较于7A52铝合金更早出现腐蚀疲劳断裂,且2种合金的断口均呈现疲劳断裂特征,裂纹始于合金表面,在Cl⁻等腐蚀介质及拉伸疲劳载荷的协同作用下,裂纹不断向合金基体内部扩展,最终发生腐蚀疲劳断裂。结论 在协同效应下,2024铝合金的腐蚀速率及腐蚀损伤程度显著大于7A52铝合金,导致前者的抗疲劳性能弱于后者。     

芯棒直接孔挤压强化7050铝合金疲劳性能研究

为了探究实心芯棒、开缝芯棒两种芯棒直接孔挤压强化方法对7050铝合金疲劳性能的影响,建立了芯棒直接孔挤压强化7050铝合金三维有限元仿真模型,开展了芯棒直接孔挤压强化试验,对比分析了未挤压强化、芯棒直接孔挤压强化试样的孔壁应力、疲劳性能。研究结果表明：芯棒直接孔挤压强化试样铰削加工前后,孔壁最大残余压应力差值小于20 MPa；芯棒直接孔挤压强化后试样孔壁形成的残余压应力能够抵消部分受载过程中产生的拉应力；实心芯棒孔挤压强化试样的中值疲劳寿命是未挤压强化试样的1.46倍,开缝芯棒孔挤压强化试样的中值疲劳寿命是未挤压强化试样的1.52倍；芯棒直接孔挤压强化减小了疲劳源数量,缩小了疲劳裂纹扩展区的疲劳辉纹间距,提高了试样的疲劳寿命。     

喷丸处理EA4T车轴钢疲劳性能和残余应力松弛行为研究

目的 研究不同喷丸工艺处理EA4T车轴钢的疲劳性能和破坏行为,并分析表面影响层性能,尤其是表面残余应力对疲劳强度的影响机理。方法 采用传统喷丸（CSP）和微粒子喷丸（MSP）工艺分别对EA4T车轴钢进行处理,对不同喷丸处理后的试样进行表面性能分析,然后采用旋转弯曲疲劳试验机进行疲劳试验,获得疲劳S-N曲线和残余应力松弛过程,并通过扫描电镜对发生疲劳失效的断口进行观察。结果 与CSP相比,MSP可以引入更高的表面硬度和残余压应力,同时又可以有效地减小表面粗糙度。喷丸可以有效地提高试样的疲劳性能,CSP和MSP分别提升了试样疲劳极限的25%和33%。所有喷丸试样残余应力松弛与循环次数（10≤N≤107）之间存在线性关系,这个线性关系可以用经验公式定量描述。在相同加载应力下,CSP试样的残余应力松弛过程比MSP试样更快,当试样在疲劳加载过程中发生残余应力松弛后,剩余的残余压应力高于初始值的80%时,疲劳失效不会发生。所有试样的疲劳裂纹均萌生于表面,喷丸没有改变试样的疲劳断裂机制。结论 与CSP相比,MSP可以引入更优的表面影响层,在相同加载应力下有更加缓慢的残余应力松弛过程,从而可以进一步提高试样的疲劳性能。另外,残余压应力、表面完整性是影响疲劳极限提升的主要因素。     

两级加载下两焊点拉剪点焊接头的损伤

对带有两个焊点的拉剪点焊试样进行了两级变幅疲劳加载,应力幅和平均应力均不相等.结果表明,两级变幅加载下存在应力次序效应.在低—高加载时存在"锻炼效应",线性累积损伤的值大于1;在高—低加载时存在"过载效应",高—低加载下的线性累积损伤值也大于1.在高—低加载方式下,高水平应力作用后,低水平应力剩余疲劳寿命大于按线性疲劳累积损伤法则所估算的剩余寿命,低应力作用下的剩余寿命甚至大于低应力单独作用下的全寿命.高—低加载下的线性累积损伤结果表明,焊点边缘更象是一个缺口.     

Damage evolution of metallic materials during high temperature plastic deformation

1　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＡｄａｍａｇｅｅｖｏｌｕｔｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｐｌａｓｔｉｃｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｓｄｅｒｉｖｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒｂｙｕｓｉｎｇｓｏｍｅｂａｓｉｃｃｏｎｃｅｐｔｓ ,ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓａｎｄ     

Numerical analysis of shear deformation localization using a double-variable damage model

A double-variable damage model was introduced into the constitutive equations to demonstrate the effect of the material damage for the isotropic elastic, hardening, and damage states, and for the isothermal process. The shear damage variable D _s and the bulk damage variable D _b may be, respectively, used to describe the effect of shear damage and bulk damage for material properties without the superfluous constraint, D _b=D _s, that is found in the single-variable damage model. The double-variable damage model was implemented to form the finite element code for analyzing the effect of shear damage and bulk damage. In this article, two numerical simulation examples were completed to model the whole process of initiation and propagation of shear bands in an aluminum alloy. The numerical computational results are coincident with the experimental results.     

超高应变塑性变形钢丝的力学性能特性

根据损伤力学的基本原理，利用测量弹性模量和观察金相的方法，研究了在拉拔应力状态下，随变形量的不断增大，材料的损伤特性。结果表明，当应变量达到一定程度时，在夹杂物周围、珠光体和铁素体边界上首先形成空洞，即产生损伤。随着应变量的不断增大，空洞数量逐渐增加，材料损伤程度加剧，并得出了材料损伤程度随应变量增大的变化规律。     

金属体积成形中的韧性损伤准则

以Ｌｅｍａｉｔｒｅ的４个基本要素,即损伤变量、各向同性损伤假设、有效应力、应变等效性假设,以及热力学和损伤只发生在拉伸应力的塑性变形下的假设为基础,提出了一个韧性损伤准则,它能解释自由均匀镦粗的自由表面无裂纹的现象。     

开颅手术中面向低损伤制孔的钻头结构优化设计

为降低颅骨钻孔过程中的钻削温度与轴向力,通过有限元仿真软件ABAQUS建立颅骨钻削模型,探究麻花钻主要几何参数（顶角、螺旋角、腹板厚度与横刃斜角）对机械损伤与热损伤的影响规律。制备可减小机械损伤与热损伤的优化钻头,进行试验。结果表明：麻花钻最优几何参数为顶角96°、螺旋角38.802°、腹板厚度0.8 mm、横刃斜角131.018°;与优化前的钻头相比,优化后的钻头具有更低的轴向力与钻削温度。     

奥-贝球铁疲劳损伤过程的在线跟踪分析

应用系统分析的方法，通过三点弯曲疲劳试验，跟踪监测了奥-贝球铁试样的疲劳损伤过程。实验结果表明，在循环加载过程中，奥-贝球铁中石墨球与基体组织间的界面首先发生疲劳损伤开裂，在多数情况下疲劳裂纹并不在界面开裂处萌生，进一步的疲劳损伤是由于界面的开裂不同程度影响了基体组织内的滑移等塑性变形，并在基体内萌生疲劳裂纹。试验表明奥-贝球铁中石墨球与基体组织间的界面具有一定的疲劳强度。     

渤海油田典型井套管损坏原因分析

目的查明渤海油气田油井套损原因,为后期预防与治理套损井奠定基础。方法对渤海油田32口套损井的套损情况进行检查和收集,从区块分布、套损纵向分布、生产年限、套损类型等方面进行统计。根据统计结果寻找相应规律,在套损点附近地层情况、冲蚀情况、空化腐蚀情况等方面,探究套损事故发生的原因和机理,并提出相应的预防措施,以提高井的使用年限。结果渤海油田套损井主要发生在一些老油田,套损点多集中在2000 m以内井段,位置主要分布在明化镇组底部水层及环空注入井的吸入口附近。腐蚀是渤海油田套管损坏的主要原因,注入流体、管外地层水是腐蚀的主要介质。长期高速流体冲刷、套管内流速突然变化、套管外无水泥环都会加剧套损的程度。结论为预防新井套损,建议固井时应彻底封固明化镇组底部存在水层的井段,避免套管与地层水直接接触,以减弱腐蚀作用。对于新的注入井,建议提高注入水水质标准,降低注入量,增大注入口过流面积,避免环空注入等方式,尽量减少注入流体与套管长期接触。     

微动磨蚀及表面防护技术回顾

系统讨论了微动磨损及其与腐蚀耦合的失效机理和表面防护技术,为提高机械零部件的可靠性和延长使用寿命提供理论支持和实践指导。重点分析了固体自润滑涂层、液体润滑膜、树脂基涂层等低摩擦表面技术在减轻微动磨损方面的应用效果及其作用机理,并且对比了一系列微动磨损与腐蚀防护技术的利与弊,揭示了防护手段对腐蚀磨损性能的优化机理。此外,还讨论了低摩擦表面腐蚀防护设计的策略,包括基于表面工程的正向设计和基于失效分析的逆向推演,并对耐磨蚀涂层设计进行了深入探讨。最后,总结了微动磨蚀防护技术的研究进展,并对其未来的发展方向进行了展望。通过以上综合性的研究和分析,为提高机械零部件在复杂工况下的耐磨性和抗腐蚀能力提供了重要的理论依据和技术参考。     

考虑材料韧性损伤的中厚板半冲孔成形过程分析

为研究半冲孔成形过程中韧性损伤的演化以及部分工艺参数对成形质量的影响规律,本文在ABAQUS有限元模拟软件中建立了半冲孔轴对称有限元模型,并通过VUMAT用户子程序引入GTN(Gurson-Tvergaard-Needle-man)损伤模型,结合同时考虑空穴形状与体积变化影响的韧性断裂准则,进行弹塑性大变形有限元分析.基于该有限元模犁,预测了半冲孔工艺中静水压力、等效应力、等效应变、应力三轴度以及损伤断裂的产生和发展趋势,分析了反顶力、压边力和冲裁间隙对零件的影响规律,并与实验结果进行对比分析,验证了数值模拟的准确性.     

矿岩粉碎全过程能耗-粒度关系的连续损伤理论研究SCIEI

本文从连续损伤理论的观点出发,将矿岩粉碎过程描述为在外部荷载作用下矿岩颗粒内部微缺陷(损伤)演化和繁衍的过程。导出了粉碎能耗与产品粒度分布的理论表达式。该式包含了所有传统的理论,同时较传统的能量分配观点前进了一步。