盲孔法测量残余应力的钻削加工应变

采用一种新的钻孔标定方法－有应力钻孔标定法，研究了盲孔法测量残余应力过程中外加应力与钻削加工应变的关系。结果表明，加工应变的大小不仅与应力水平有关，而且与应力性质有关，试验获得的钻孔加应变εｐｍ与钻孔释放应变△ε之间的关系为一简单的线性关系：εｑｍ＝ａ△ε＋ｂ，式中ａ，ｂ为测量系数，与钻孔方法，被测材料等因素有关。本关系的获得使得采用刃具钻孔测量残余应力的精度有很大提高。     

焊接残余应力场声弹性不稳定性分析

基于声弹性效应,超声波可以无损检测出结构内部应力.超声波法焊接残余应力测量克服了传统应力测量方法费时耗力、破坏、体积庞大等缺点,对多种焊接结构残余应力进行的测量已证明其准确和可靠.在残余应力场测量时发现了在低应力弹性区存在声弹性不稳定现象,利用声弹性模拟试验对声弹性不稳定现象进行了分析研究.根据焊接残余应力场弹性区临界折射纵波包络波峰声弹性效应随机分布呈双峰分布的试验现象,提出了弹性区声弹性主应力计算公式,可通过超声波法纵向残余应力测量结果计算出测量点的两个主应力及横向残余应力.     

09MnNiDR钢的热变形行为

用Gleeble-3800热模拟试验机在高温下对09MnNiDR钢进行单道次热压缩试验,研究了变形温度和应变速率对该钢动态再结晶的影响,计算出峰值应力与临界应力、峰值应变与临界应变的关系,并建立了试验钢动态再结晶热变形模型、流变应力模型.     

AZ31镁合金裂纹扩展各向异性声发射特征分析

利用声发射技术对AZ31镁合金轧制方向和横向的疲劳裂纹扩展行为进行了研究。结果表明,镁合金疲劳裂纹扩展过程中产生的声信号撞击数与循环载荷的关系,以及撞击数上升率和应力强度因子幅的关系d C/d N-ΔK,分别与常规疲劳裂纹扩展试验结果相一致,裂纹失稳扩展临界应力强度因子幅与常规试验结果的误差分别为2.86%(裂纹沿轧制方向)和3.00%(裂纹沿横向);载荷一定时,裂纹沿横向扩展总是比沿着轧制方向扩展更慢一些,进入失稳扩展阶段更迟。微观组织显示,裂纹沿横向扩展边缘处的孪晶明显增加,断口处也表现出更明显的塑性,这对裂纹的扩展产生了阻碍,即材料在横向的抗裂性能要优于轧制方向,同时证明了利用声发射监测裂纹扩展行为的可靠性。     

泡沫铝准静态压缩变形的声发射特征研究

为了研究泡沫铝在压缩过程中的屈服平台和密实阶段的力学性能,使用万能试验机、声发射仪和高速相机对泡沫铝试件在不同加载速率下进行了单轴压缩试验,得到了泡沫铝材料在塑性变形-损伤过程中的声发射特征参量和变形场图像。通过分析声发射信号的振铃计数和能量计数,研究了屈服平台和密实阶段的力学性能。结果表明:弹性和屈服平台阶段的声发射振铃计数曲线与应力-应变曲线有较高的吻合度;密实应变与声发射能量计数有较好的对应关系;不同的加载速率下,声发射能量信号表现出不同的增长特征,在屈服平台阶段能量的吸收与耗散更明显,且声发射能量-应力曲线与泡沫铝的吸能效率的变化趋势相同。     

考虑单向拉伸横向应变演化的本构模型材料参数测定

有限元数值模拟的精度不但与本构模型的描述能力有关,而且与其材料参数的测定方法密切相关。该文以由Hill1948屈服函数和Swift等向强化模型组成的本构模型为例,比较了不同的材料参数测定方法对单向拉伸的轴向应力-轴向应变、横向应变-轴向应变试验数据的预测能力。参数测定方法采用了两种,一种是传统方法,即使用r值计算屈服函数系数,采用轧制方向单向拉伸应力-应变数据拟合强化模型参数;另一种是考虑单向拉伸横向应变演化的反向优化法,即使用不同方向单向拉伸轴向应力-轴向应变和横向应变-轴向应变试验数据,同时求解屈服函数和强化模型的材料参数。结果表明,当使用传统方法时,所得材料参数不能很好描述与轧制方向成45°方向的单向拉伸数据;当使用考虑单向拉伸横向应变演化的反向优化法时,所得材料参数能够较准确描述各个方向的单向拉伸力学性能。     

一种金属箔材双向拉伸试验方法

用常规的单轴拉伸试验难以获得箔材机械性能的准确数据 ,目前采用的一些双向拉伸试验方法还存在着各自的不足。本文提出并详细介绍了一种金属箔材双向拉伸试验方法。在平膜鼓胀装置上 ,通过测量膜片极顶的面内真应变和横向塑性应变以及膜片的轮廓形状 ,并计入泊松比随变形过程发生的变化 ,可建立二向应力状态下箔材从弹性经塑性至破裂的整个变形范围内真应力和真应变的关系 ,同时还可以得到弹塑性泊松比和塑性泊松比的变化规律     

高强钢动态力学性能及断裂行为研究

对某马氏体高强钢材料进行准静态及动态拉伸试验,得到在不同应变率下材料的应力-应变关系.对Johnson-Cook模型中的应变率强化系数C进行修正,建立了考虑应变率效应的高强钢本构关系.通过对不同应变率、不同加载状态试验的断裂应变进行分析,结果表明,应变率对断裂应变的影响没有规律,而随着应力三轴度的增加,材料的断裂应变降低.对Johnson-Cook断裂模型的参数进行修正,建立了考虑应力三轴度的断裂模型.将Johnson-Cook本构模型和断裂模型的相关参数输入到ABAQUS中进行仿真模拟,仿真结果与试验结果基本一致,从而验证了该本构模型与断裂模型的正确性.     

B1500HS高强钢连续轧制变截面板的高温本构关系

为了研究B1500HS高强钢连续轧制变截面板热冲压时的流变力学行为,采用Gleeble-3500热拉伸机,对厚度在1.2~1.7 mm、初始温度在650~850℃的试样,分别以0.2,0.5,2和5 s~(-1)的应变速率进行单向等温拉伸试验,经过测量和计算得到高温下材料的应力-应变试验曲线。然后研究不同板料厚度、热拉伸初始温度以及应变速率对高温下材料的流变应力的影响规律,基于热成形过程材料的加工硬化-动态软化这一特点,建立了加入厚度修正因子的Norton-Hoff本构关系,并通过拟合试验数据求取了本构关系的相关系数。最后将建立的本构关系模型预测应力值与试验结果进行线性回归分析,评估两者之间的线性相关系数、均方根误差和平均相对误差。结果表明,修正的Norton-Hoff本构关系与试验结果吻合较好。     

冷轧钢单拉本构关系与韧性断裂参数研究

以SPCC钢为研究对象并采用拉伸试验与有限元模拟相结合的方法来获得准确表征颈缩后材料变形行为的本构关系与韧性断裂参数值。通过试验得到了工程应力-应变曲线,使用SEM观察断口形貌并分析了断裂机理。利用Abaqus软件进行三维拉伸模拟,对颈缩后工程应力-应变曲线进行拟合,获得了最优拟合的本构关系。假定等效断裂应变与应力三轴度间关系为反比例函数,利用反求法使得实际断裂应变与具体变形路径下的累积名义断裂应变相等,从而确定了断裂参数值。模拟结果表明,材料模型能够准确描述整个变形过程,合理预测韧性断裂的发生。此外,模拟中颈缩发生时等效应变值与理论计算值吻合度很高,证实了模型的可靠性。     

New samples with artificial voids for ultrasonic investigation of material damage due to creep

This paper describes the application of acoustic birefringence measurement for evaluation of material degradation due to creep. The problem with ultrasonic investigation of the influence of creep-induced voids on ultrasonic wave velocities is the lack of samples containing well-defined voids. The only way to “produce” damaged material with numerous voids is accelerated creep laboratory test or long-term service of material in high temperature and stress. To describe voids it is necessary to perform laborious metallographic examination of damaged material. Paper presents glass samples with artificial semi-flat voids created with laser engraving technique. Results of ultrasonic wave velocities and acoustic birefringence measurements in glass samples proved that laser engraving can be helpful for the experimental investigation of voids influence on solid acoustic properties.     

基于临界折射纵波无损评价激光熔覆层应力

基于临界折射纵波声弹性理论对激光熔覆层应力的评价方法进行研究.结果表明,激光熔覆层各向异性组织及层间界面是导致其临界折射纵波信号信噪比低、波形畸变程度大的主要因素,弹性极限内随应力的增大,临界折射纵波信号间时间差基本呈线性规律增大,当应力达到658 MPa时,再随应力的增大,时间差呈跳跃趋势变化,激光熔覆层各向异性组织引起的熔覆层不均匀塑性变形是导致上述结果的主要因素,且随应力的增大该影响程度亦逐渐增大.应力验证结果最大相对误差为4.5%,因而认为采用临界折射纵波法可实现激光熔覆层应力的无损评价.     

Anisotropic damage evolution in a 0°/90° laminated ceramic-matrix composite

Anisotropic damage evolution in a 0°/90° laminated Nicalon^™ SiC fiber-reinforced calcium aluminosilicate (CAS) glass–ceramic composite during uniaxial tensile deformation has been investigated using a variety of non-invasive characterization techniques. The elastic constant reduction in the three principal directions was measured from in situ laser-generated ultrasonic velocity measurements in various sound propagation directions. They indicate that, in addition to a large drop in elastic stiffness in the loading direction, the constants characterizing the nominal elastic stiffness transverse to the loading direction were also degraded. Surface replicas taken intermittently during loading revealed that transverse softening of the elastic stiffness was associated with fiber/matrix interface damage mainly in the 0° plies, while the large softening of the elastic stiffness in the loading direction was the result of multiple matrix cracking in both the 0° and 90° plies. While the ultrasonic data allowed a detailed characterization of the anisotropic damage evolution in this laminate, acoustic emission measurements and surface replica data identified the crack initiation stress in the 90° plies and correlated it to macroscopically observable deviations of the stress–strain curve from linear elastic behavior. These matrix cracks were found to have initiated preferentially in the weak 90° plies near the 90°/0° ply boundaries.     

碳纤维复合材料表面雷达吸波涂层超声测厚方法研究

针对碳纤维复合材料基底表面涂覆的雷达吸波涂层在超声测厚过程中由于涂层与基底间声阻抗接近导致界面回波信号弱,手动读取脉冲回波声程差时主观性强、效率低的问题,提出一种基于理论分析结合Matlab批量信号处理技术的涂层厚度测量方法.理论分析确定涂层上下表面回波信号的相位变化关系;采用Matlab脚本批量读取超声脉冲回波信号,...     

双丝焊铝合金平板残余应力梯度超声波法建立

在假设无限小波叠加在各向同性变形弹性体基础上,推导了超声波法应力测量的理论基础声弹性方程,特殊条件下简化出临界折射纵波声弹性方程.建立了超声波法焊接残余应力测量系统,选用对应力敏感的临界折射纵波作为测量波形,对20 mm厚X坡口双丝焊对接2219铝合金平板纵向残余应力场梯度进行了测量,获取了纵向残余应力场引起的声时差信号分布,用MARC软件计算了铝合金残余应力场纵向应力的分布,与声时差信号的趋势进行了对比,趋势符合.为超声波法重建焊接残余应力场作了准备.     

Inspection of compositionally graded mullite coatings using laser based ultrasonics

Functionally graded materials (FGMs) have spatial variations in composition and structure resulting in corresponding changes in material properties. These materials can be developed for applications in which the functional requirements of a component are position dependent. In this paper, we evaluate the feasibility of using a laser based ultrasonic technique to determine the distribution of elastic properties in FGMs. A model for the laser generation of ultrasound in a compositionally graded coating on a semi-infinite substrate is used to explore the relationship between the acoustic wave propagation and depth dependent elastic property profile. Surface acoustic waves (SAW) generated in such a system are dispersive, and the dispersion characteristics are highly dependent on the mechanical property profile. A high-resolution laser ultrasonic system has been developed, and experimental measurements of the mechanical properties of single layer mullite coatings are presented. Using compositionally graded mullite coatings as a model system, numerical results are reported showing the sensitivity of SAW dispersion behavior to various composition profiles.     

低碳钢双丝焊平板横向残余应力超声波法测量

介绍了超声波法应力测量的理论基础声弹性方程,特殊条件下简化临界折射纵波声弹性方程.建立了超声波法测量焊接残余应力系统,实现了高精度信号提取,使用特制变角度超声波探头,选用对应力变化敏感的临界折射纵波作为测量波形,对低碳钢双丝焊对接平板横向残余应力场实现了无损测量.结果表明,测量结果可靠,测量过程实时无损快速.分析了测量数据波动的原因.建立的超声波法应力无损测量系统为焊接结构服役状态在线可靠性评估奠定了基础.     

Three-dimensional constitutive equations of ferromagnetic materials with magnetoelastic coupling: Determination of elastic coefficients under magnetic field

This paper determines the elastic coefficients in the constitutive equations of typical ferromagnetic materials. The constitutive equations are given by rate-type equations for the magnetization and the strain expressed in terms of the magnetic field and the stress. The authors have shown that the constitutive equations can describe the stress-dependent hysteretic magnetization curve, the stress magnetization effects, the stress-dependent magnetostriction curve, etc. They have determined the coefficients except the elastic coefficients as functions of the magnetization and the stress for typical ferromagnetic materials. In this paper, we attempt to obtain the elastic coefficients depending on the magnetization and the stress. To do it, applying the magnetoacoustic effect, we measure the stress–strain curves and the speeds of the longitudinal and the transverse ultrasonic waves under the magnetic field.     

引线键合中多向超声波能量传输特性研究

引线键合主要是采用超声波热键合技术，而超声波振动传播和能量传递是超声波键合设备中一个非常关键和复杂的问题。利用波在弹性体中传播的机理，给出超声波聚能杆和劈刀的振动传递特性，利用多普勒振动计PSV-300-F(1．5MHz)测量了振动位移和速度，证实了理论分析结果，并对双向垂直传输超声波能焊具的性能进行了研究，阐明垂直双向加载是一种高效的传能模型。     

横向超声随焊控制铝合金焊接热裂纹倾向数值模拟研究

从力学角度出发,提出横向超声随焊控制铝合金焊接热裂纹的新方法。讨论了铝合金焊接热裂纹产生的条件,建立脆性温度区间(BTR)金属材料-力学性能匹配模型,采用弹塑性有限元方法对BTR区域金属产生的挤压塑性流变行为和应变场变化进行了分析。模拟结果表明,横向超声冲击对BTR区金属产生横向压缩塑性应变,并依靠BTR区金属的塑性变形把应变传递到焊缝中心,随着横向超声冲击加载功率的增加,在焊缝中心处产生的挤压应变也随之增大。通过实验测定实际情况下BTR区金属的横向压缩塑性应变值,实验结果与模拟结果吻合良好,进一步证明了该方法的可靠性。