铝硅聚苯酯封严涂层抗热冲击性能的数值模拟研究

铝硅聚苯酯封严涂层在航空发动机中有着广泛的应用,抗热震性能是评价其可靠性的重要标准。采用三点弯曲法测得封严涂层弹性模量,结合有限元软件ABAQUS对封严涂层热冲击过程中的应力分布进行模拟,探究粘接层厚度对应力变化的影响。结果表明,在一定范围内,随着粘接层厚度的增加,涂层表面应力和层交界处拉应力呈下降趋势,但部分点的压应力增加。结合封严涂层热震试验,目前的封严涂层抗热震性符合使用标准,为了进一步提高涂层抗热震性,可适当增加粘接层厚度。     

等离子喷涂ZrO2热障涂层的热冲击性能

利用ANSYS软件对铝、镍基体等离子喷涂ZrO2热障涂层在热冲击过程中的应力分布进行了数值模拟,并比较了不同金属基体对涂层热冲击行为的影响.结果表明:热冲击过程中产生的径向热应力最终导致涂层中垂直裂纹的出现,镍基体涂层的热冲击性能优于铝基体,有限元计算结果与试验结果吻合良好.     

梯度结构对氧化铝陶瓷涂层抗冲击载荷性能的影响

梯度结构陶瓷涂层以其优异的抗热震性表现出巨大的工程应用前景。为推动梯度陶瓷涂层在机械零件表面强化上的应用,采用“三明治”式梯度结构形式,建立镍基氧化铝梯度陶瓷涂层在冲击载荷作用下有限元模型,分析冲击载荷作用下涂层的力学性能,以及梯度层的结构形式、厚度及层数等参数对涂层的力学性能影响。结果表明：较无梯度结构陶瓷涂层相比,梯度结构能有效减缓涂层与基体结合面上的应力突变,涂层内部最大Mises应力明显降低,合理的梯度结构能改善涂层内部Mises应力分布,改变应力分布特征,减缓表面陶瓷涂层的冲击应力,从而防止陶瓷涂层在冲击载荷作用下脱落。最后对制备层状结构梯度陶瓷涂层时,如何进行梯度层结构设计进行了探讨,并提出了采用0.25次方幂指数梯度结构,得出10层中间层就可有效减缓冲击载何、降低Mises应力突变的结论。     

激光熔覆涂层在多冲载荷下的力学行为分析

根据多次冲击载荷的特性，从应力波传播、多冲磨损、多冲硬化与软化和多冲塑性变形方面，对带有激光熔覆层试样在多冲冲击载荷下的部分力学行为进行了试验研究。结果表明：在多冲载荷作用下，应力波在涂层和基体的；台金接合面发生反射，形成拉伸波造成涂层的纵裂和角裂；在涂层表面由于应力集中，涂层表面发生微观点蚀和深层剥落；冲击载荷能量的积累．造成涂层试样硬度变化和塑性变形。     

激光熔覆涂层在多冲载荷下的力学行为分析

根据多次冲击载荷的特性,从应力波传播、多冲磨损、多冲硬化与软化和多冲塑性变形等方面对激光熔覆层试样进行了试验研究。结果表明：在多冲载荷作用下,应力波在涂层和基体的冶金接合面发生反射,形成拉伸波造成涂层的纵裂和角裂;由于应力集中,涂层表面发生微观点蚀和深层剥落;冲击载荷能量的积累,造成涂层试样硬度变化和塑性变形。     

梯度结构对氧化铝陶瓷涂层结合强度及抗冲击性能影响的试验研究

理论分析表明梯度结构能有效减缓氧化铝陶瓷层与基体结合面上的应力突变,涂层内部最大Mises应力明显降低,合理的梯度结构能改善涂层内部Mises应力分布,改变应力分布特征。为验证理论分析结果的正确性,采用等离子喷涂制备具有不同幂指数分布特征的6层"三明治"式梯度结构涂层,对梯度涂层结构进行表征,并试验研究涂层的结合强度及抗冲击性能。结果表明,试验用梯度结构具备p=0.25,1.00,4.00次方幂指数梯度结构特征,不同结构梯度层结合强度均在14.0~18.0 MPa,幂指数p=1.00的涂层结合强度最好,而幂指数p=0.25涂层抗冲击性能最好,较线性结构梯度涂层提高了30%,较幂指数p=4.00结构的梯度涂层提高了45%,冲击失效后涂层截面分析证实p=0.25次方幂指数梯度结构减少了表面陶瓷层的应力,减缓了陶瓷层基体间应力突变梯度,涂层失效是从底层开始的,失效形式为梯度涂层层状结构间出现分层,而p=1.00、4.00次方幂指数梯度结构涂层冲击失效表现为表面陶瓷层脱落。     

多冲接触载荷下涂层零件低应力宏观塑性行为

对高强度Co基、Ni基合金为表面涂层的中碳钢、不锈钢试样进行低应力多冲试验和测试,结果表明,在远低于材料屈服强度的低应力多冲接触载荷下,涂层和其下部一段基体材料将发生塑性变形,平均每次冲击造成的塑性变形量随冲击周次增加先大后小,累积可出现宏观塑性变形并伴随材料硬化现象。塑性变形量和变形区域大小与冲击应力值和材料强度有关。形变硬化程度由表及里衰减,并且只在冲击接触表面及以下一段长度上发生,形成一"易变形区"。分析认为多冲低应力变形是一种累积疲劳损伤。当峰值应力相同时,材料在多冲接触载荷下比静载荷和静疲劳载荷下吸收的能量多,且吸收量与离冲击点的距离成反比。多次冲击使原子易动性增强,临界切应力下降,位错易于启动和增殖。     

激光熔覆工艺参数对铁基双层涂层组织和残余应力的影响

针对激光熔覆过程中剧烈的温度场变化伴随着应力、应变演化,进而导致零件具有高裂纹敏感性的问题,对不同激光扫描路径及工艺参数下残余应力演变规律进行研究。采用激光熔覆在Q345钢上制备了Fe基双层多道涂层,并以X射线衍射法结合电化学腐蚀剥层法测量沿涂层深度方向的残余应力分布,探究激光扫描路径、功率以及扫描速度对涂层显微组织和应力分布的影响。结果表明：涂层表面和内部为残余压应力,在涂层基体熔合线处残余应力发生突变,热影响区表现为残余拉应力;激光熔覆工艺对涂层残余应力的大小和分布规律有显著影响,当激光扫描路径为轮廓偏置式、激光功率为1.8 kW、扫描速度为0.02 m/s时,涂层具有最优的残余应力分布和成形质量;残余应力的产生主要与激光束对熔池的冲击作用以及熔覆层的非平衡凝固特性有关。     

固体润滑摩擦副有摩擦接触问题的数值分析

固体润滑摩擦副接触问题数值分析的传统的微分法涉及边界迭代，计算过程冗长且不易收敛。以新发展的变分法和非线性优化方法求解能量泛函，研究了固体润滑摩擦副表面摩擦力下的接触问题。考虑到表面涂层在固体润滑摩擦副中使用的广泛性，特别分析了表面涂层的影响，并对计算结果进行了讨论。计算结果显示，表面涂层和摩擦力对摩擦副的应力分布有重大影响。随着摩擦因数由0．1到0．5逐渐增大，各点最大应力增加了33％，且涂层表而的应力变化最明显，这对固体润滑涂层的强度提出了很高要求。     

PVD TiCrAlN刀具涂层高频疲劳性能研究

通过超声辅助振动的方式,用金刚石压头对PVD TiCrAlN涂层进行不同振幅下的高频冲击试验。采用扫描电子显微镜(SEM)和3D轮廓仪等对冲击后涂层的表面破坏形式和压痕形状进行检测,得出TiCrAlN涂层的抗冲击能力,分析了涂层冲击失效机理。结果表明:TiCrAlN涂层在受到冲击时产生侧向裂纹等失效形式;涂层在冲击载荷下受到的最大拉应力靠近冲击中心接触区边界;TiCrAlN涂层在高频冲击载荷作用下容易发生破坏,但是没有发生剥落,原因可能是:TiCrAlN涂层与基体界面处的结合力较好,涂层与基体界面的结合力影响了刀具涂层的抗冲击强度。     

神经网络改进算法在应力集中问题中的应用

在实际机器零件和结构构件中应力集中现象是一种很常见的灾害现象,它的存在直接威胁着生产的安全,因此应力集中处的最大应力是值得我们研究的重要课题。这里应用神经网络BP改进算法,根据应力集中点附近的三点应变值,建立应力集中点的网络模型,来确定应力集中点的最大应力值。实例计算表明,用神经网络改进算法预测应力集中点的最大应力值是有效可行的。     

基于双加点动态Kriging模型的提升塔架优化设计

为在满足强度要求的情况下尽量减小提升塔架质量,同时解决传统Kriging模型全局精度和局部精度不易同时保证的问题,提出了一种双加点动态Kriging模型,并利用该模型和人工蜂群算法对提升塔架进行了优化设计。将全局敏感性分析得到的敏感参数作为设计变量,利用拉丁超立方试验设计得到的样本数据建立初始Kriging模型,以最大应力为约束条件,通过人工蜂群算法对提升塔架进行了减重优化。优化过程中, 采用双加点准则不断更新Kriging模型,以提高模型的全局精度和最优解处局部精度,直到获得最优解。研究结果表明：在最大应力不变的条件下,优化后的提升塔架质量减小了39.37%。基于双加点动态Kriging模型的优化设计与仿真模型的优化设计相比,其优化效率大幅度提高。双加点动态Kriging模型相较于静态Kriging模型和基于传统加点准则的动态Kriging模型,具有更高的全局精度、局部精度和最优解处局部精度。     

基于拉曼光谱仪的MEMS动态应力测试系统

微机电系统(MEMS)动态应力的瞬态特性决定了传统的应力测试系统无法直接满足它的测试需要。介绍了一种依据高频调制原理设计实现的基于拉曼光谱仪的MEMS动态应力测试系统,该测试系统是一个典型的光—机—电集成的MEMS测试系统。利用此测试系统对硅微谐振器支撑梁根部的单点进行了动态应力测试,测试结果与理论分析相吻合。实验表明,此测试系统具有高精度、非接触式、无损伤等特点,能很好地满足MEMS动态应力测试的需求。     

Stress distribution on the boundary of an elliptical hole in a large plate during passage of a stress pulse of long duration (major axis tangent to the wave front)

A solution to the problem of the stress distribution on the boundary of an elliptical hole in a large plate during passage of a compressive stress pulse of relatively long duration is presented. The major axis of the ellipse is tangent to the wave front. The solution was experimentally obtained by using a low-modulus model material in a combined photoelasticity and moiré analysis. The long-duration stress pulse was applied by loading a small region of an edge of the plate with a falling weight.

The results of the investigation indicate that the falling-weight loading generates a biaxial state of stress at every point in the plate, which varies with time. The maximum dynamic compressive stresses on the hole boundary can be computed with a fair degree of accuracy by using: (1) the equations of Inglis for the static-stress distribution on the boundary of an elliptical hole in any two-dimensional uniform and axial system of combined stress, and (2) the biaxial stresses, at the same instant of time, at a point, symmetric with respect to the center of the hole (free field stresses). The maximum dynamic tensile stresses on the hole boundary were always smaller than the values computed using the same procedure.     

基于ADAMS的装载机工作装置动力学仿真方法研究

文中针对装载机工作装置进行动应力测试需要较高的时间与人力成本,以国产额定载重9t装载机为研究对象。提出一种应用虚拟样机技术快速获得装载机工作装置应力特性的方法。在ADAMS中建立了工作装置虚拟样机模型,对工作装置在不同工况下利用Step函数进行多刚体动力学仿真分析,得到的铰点载荷与实测载荷进行对比,验证仿真方法的合理性。利用Ansys生成动臂、摇臂以及连杆的柔性体文件,采用模态叠加法建立工作装置刚柔耦合动力学模型,导入不同工况下实测液压缸位移与铰点载荷,进行了工作装置动力学仿真分析,与Step函数仿真结果对比,结果表明：对于刚体动力学仿真分析,利用Step函数模拟铲装作业可以较好地反映铰点处的峰值载荷。对于刚柔耦合动力学仿真分析,基于实测载荷的最大应力与基于Step函数模拟的最大应力相对误差不超过26%,研究为装载机工作装置的强度分析与结构优化提供参考依据。     

平面四杆机构典型尺寸型弹性动力分析

在弹性机构动力分析中，首次引入以往用于刚体运动学的机构尺寸型概念，推导出机构固有频率与机构尺寸型之间的内在关系，在此基础上，运用两种弹性动力分析方法对４０余种平面四连杆机构典型尺寸型进行了分析，通过比较两种方法得到的动态应力和位移响应，推荐了两种方法的分界点。     

基于刚柔耦合的造船门式起重机吊物碰撞柔性支腿的事故再现仿真

基于刚柔耦合技术,鉴于吊物碰撞柔性支腿事故案例,将柔性支腿柔性化,建立了刚柔耦合模型,进行了事故再现的动力学仿真,得到了仿真过程中柔性支腿的应力变化云图,并对其不同部位进行应力检测,得到了较大应力点的位置和应力值,确定了结构危险应力部位,并以此作为观测点进行实时观察,为造船门式起重机碰撞安全评估技术研究提供数据支撑。     

含增粘剂润滑油粘弹性的实验研究

本文将系统分析原理引入到对润滑剂本构方程的研究中来,进而提出了一种对本构方程研究的新的实验方法。通过实验得到了含增粘剂润滑油的本构方程的频谱特征图,从而证实了该方法的可行性。将四种增粘剂润滑油在不同增粘剂含量不同温度下的实验数据按照Maxwell流变模型进行回归,得到流变参数(剪切弹性模量)与增粘剂含量、温度之间的关系,给出了回归公式。该公式在一定范围内反映了流变参数的变化规律。     

地铁车辆轮缘润滑装置吊架断裂机理和试验研究

针对地铁车辆服役过程中出现的轮缘润滑装置吊架断裂问题,采用材料和动应力试验与有限元仿真相结合的方法开展断裂机理研究,提出了一种新型结构设计方案。通过对吊架断口微/宏观的全面分析与表征,从材料角度确定疲劳断裂的机理成因;结合动应力试验和累计损伤理论,计算吊架断口关键位置的疲劳损伤值,从线路试验角度确定吊架断裂的结构成因;建立吊架的有限元模型,基于EN13749标准对其进行静强度和疲劳强度仿真,从理论角度判别结构设计的合理性,并与材料和线路试验分析结果进行对比分析;最后,提出吊架结构的改进方案,并进行仿真和动应力测试验证。结果表明：吊架断裂成因为低应力高周疲劳,疲劳源位于加强筋角焊缝内部,且加强筋角焊缝的累计损伤值和材料利用率均大于1;吊架断裂的主要原因为,结构不合理导致加强筋角焊缝承受较为频繁的交变载荷且焊缝存在未熔合缺陷;通过改变吊架结构和材质,提高了焊接质量,达到了轮缘润滑装置在线运行的标准要求。     

具有响应与强度约束的凸轮机构动态设计

以滚子从动件平面凸轮机机构为分析对象，结合从动件相对变形理论，提出了输出响应限制与构件强度约束相结合的凸轮机构动态设计与修改方法，并从理论上进行了阐述。最后，通过一实例对不同频率比λ、不同摆臂截面形状及截面积下的摆臂最大变形、最大弯应力及凸轮与转子间最大压应力进行了数值计算，为凸轮机构动态设计与修改，提供了一种理论依据及具体的实现方法。