7075T651铝合金板材内部初始残余应力分布研究

针对材料内部残余应力分布的传统剥层测量方法,对底部贴片的剥层法进行改进,通过测量底部释放的应变,结合有限元方法模拟残余应力释放过程中得到的各剥除层的应变释放系数,计算出了剥除层释放的残余应力。运用弹性力学理论推导得到了材料内部初始残余应力的修正公式。随后基于两种方法对典型7075T651航空铝合金预拉伸板的内部残余应力进行了测量,并对测量结果进行了分析和比较。结果表明,改进法能够有效评估材料内部初始残余应力分布规律,但是在个别深度处测量精度有待进一步提高。     

不同激光冲击区域对7075铝合金结构件缺口疲劳性能的影响

为了探究不同激光冲击区域对铝合金板材缺口的疲劳性能的影响,对7075-T651合金板材结构的缺口的不同区域进行了激光冲击处理。第1种方法仅针对板材的缺口边缘进行激光冲击;第2种方法是在板材缺口的一定范围内进行激光冲击。结果表明:采用第1种激光冲击方法,板材表面粗糙度更小,且板材的特征疲劳寿命是第2种激光冲击方法的3.23倍。通过对激光冲击的板材进行有限元仿真分析,揭示了激光冲击强化对板材疲劳寿命影响的原因。只有设置合理的激光冲击参数与冲击区域才能有效地改善疲劳性能,提升结构的疲劳寿命,不合理的冲击处理方式反而会降低结构的疲劳寿命。     

7075铝合金缸体的失效分析

对在工作中发生断裂的7075铝合金缸体进行了化学成分分析、室温拉伸试验和断口形貌分析,以找到其失效的原因,给出相应的改进措施。结果表明:镁元素含量低于标准导致合金力学性能降低是该铝合金缸体失效的主要原因;阳极氧化膜上的微孔在循环应力作用下沿着机加工痕迹扩展形成疲劳源;随着应力循环的加剧,裂纹快速扩展,最终使缸体发生疲劳断裂。     

7075铝合金疲劳断口数字图像分形分析

在7075铝合金疲劳实验的基础上获得了断口的SEM扫描图像,展示了数字图像盒维数计算的一般过程,比较了传统计盒维数算法与文中算法的不同之处,计算了断口三个区的分形维数.结果发现7075铝合金疲劳断口有较好的分形特征,文中算法过程更符合工程实际获得的图像,三个区的分形维数大小与各自的纹理特征是一致的.     

振动时效处理对7055-T7751铝合金疲劳性能的影响

对7055-T7751铝合金预拉伸板(预应变为1%～3%)进行振动时效处理,并在不同最大应力(300,350,400,500MPa)下进行疲劳试验,研究了振动时效处理对合金显微组织、显微硬度、表面残余应力和疲劳性能的影响。结果表明:振动时效处理对显微组织和显微硬度的影响很小,振动时效后的组织仍为轧制板材织构取向组织;振动时效处理后,合金中纵向和横向残余拉应力发生明显松弛,且纵向残余应力分布有所均化;振动时效处理明显提高了纵向和横向试样的疲劳性能,在最大应力350MPa条件下,纵向和横向试样的疲劳寿命分别提高了219.0%和29.1%,疲劳极限分别提高了9.9%和5.1%。     

喷丸强化对新型7055-T7751铝合金疲劳性能的影响

对7055-T7751新型铝合金表面进行了陶瓷丸喷丸强化处理,采用X射线衍射仪、表面轮廓仪、扫描电子显微镜、显微硬度计等研究了喷丸强度、喷丸覆盖率等工艺参数对铝合金表面残余应力场、表面粗糙度、表面损伤及表面加工硬化和疲劳性能的影响。结果表明:优化工艺参数下的喷丸强化能够显著提高该铝合金的疲劳性能,并不是喷丸强度或喷丸覆盖率越高强化效果越好,而是存在合理的喷丸强化参数范围,在优化条件下铝合金可以获得良好的综合表面完整性,疲劳断裂抗力最高;确定的优喷丸参数为喷丸强度0.15mm,覆盖率100%,以此参数强化处理的7055-T7751铝合金的疲劳寿命是基材的2.7倍。     

6061-T651铝合金单颗磨粒磨削仿真

通过简化并建立单颗磨粒磨削模型,采用ANSYS LS-DYNA进行对6061-T651特种铝合金磨削过程的理论研究和仿真分析,总结了单颗磨粒的磨削速度、磨削深度等工艺参数对磨削力大小以及磨屑的影响。研究表明:随着磨削速度的增加,单个磨料颗粒的磨削力减小,并且递减速率呈先增大后减小的趋势;而磨削深度的增加则会使单个磨料颗粒的磨削力增大,且递增速率逐渐减缓。磨削过程中,磨屑形状受加工参数的影响,其中,磨削深度对磨屑形状的影响比磨削速度对磨屑形状的影响更大。     

超声振动加工7075-T6铝合金应力场数值模拟

由于铝合金属于难加工材料,采用普通机械加工难以达到预期效果。采用超声振动加工方法车削7075-T6铝合金试件应力场的变化。仿真结果表明:在Y方向,超声振动频率在10k Hz时,振幅12μm切削区域等效应力最大,振幅10μm等效应力次之,振幅8μm等效应力最小。而频率为40k Hz时等效应力正好相反。随着振动频率增加,切削力先减小后增大;在X方向,当振幅分别为10μm、12μm时,随振动频率升高,试件加工区应力先减小后增大,而振幅为8μm时,应力逐渐增大。当频率超过40k Hz后,其工件表面的应力场不受振幅影响且均呈下降趋势。超声振动频率控制在20-40k Hz范围内,振幅对切削力影响最小。随着振幅的增加,切削力先减小后增加。超声振动加工方法能有效地改善铝合金加工性能。     

考虑平均应力效应的Tovo-Benasciutti疲劳寿命预测模型

为了考虑平均应力对循环载荷作用下结构振动疲劳寿命的影响,对Tovo-Benasciutti疲劳损伤模型进行了平均应力修正。采用径向基函数法构造平均应力修正系数与随机应力带宽系数之间的近似模型,建立了考虑平均应力的Tovo-Benasciutti疲劳损伤模型。利用所建立的模型对某简单梁进行了疲劳寿命估计。结果表明：考虑平均应力效应的Tovo-Benasciutti模型能得到与试验更一致的结果。     

6061-T651铝合金动态力学性能及J-C本构模型的修正

为合理描述6061-T651铝合金的应力流动行为,利用万能材料试验机和霍普金森压杆,分别进行准静态、高温和高应变率下的材料力学性能测试,获得材料在不同条件下的应力应变曲线。基于试验结果,修正Johnson-Cook本构模型得到MJC(Modified Johnson-Cook)模型,并标定MJC模型各项参数。为校验MJC模型及参数的有效性,利用一级气炮发射直径为5.95mm的圆柱弹体冲击刚性靶的Taylor杆试验以及直径为12.68mm的刚性弹撞击厚度为2mm靶板的试验。最后,采用ABAQUS/Explicit有限元软件建立Taylor杆和弹靶冲击试验的三维模型,基于MJC本构模型进行Taylor杆冲击、以及结合MMC(ModifiedMohr-Coulomb)断裂准则进行弹靶冲击的数值模拟计算。研究结果表明,修正的MJC本构模型能够有效地描述6061-T651铝合金材料在大应变、高应变率和高温下材料的应力流动行为和变形行为。     

7075-T651铝合金焊接接头疲劳性能研究

本文以高速列车车体用7075-T651铝合金为研究对象,开展了7075-T651焊接接头在不同调修工艺下的力学、疲劳性能研究,为改善焊接接头性能优化调修工艺提供基础数据。试验结果表明,随着调修次数的增加,焊接接头的疲劳性能逐渐提高。随着应力级的增加,焊接接头疲劳性能逐渐降低。调休次数增加,焊缝热影响区晶间气孔减少,强化相得到增加。     

2024-T351铝合金喷丸残余应力松弛模型研究

喷丸引入的残余压应力场可以有效地提高构件的疲劳性能,但残余压应力会随着循环周期而发生松弛,进而降低残余压应力对疲劳性能的增益效果,因此深入研究残余应力松弛规律,有助于更加准确的掌握其对疲劳性能的影响.为了系统性地研究残余应力松弛规律,以2024-T351铝合金标准试件为研究对象,综合考虑应力幅、载荷条件和喷丸引起冷作硬化程度的改变对残余应力的影响,根据理论构建残余应力松弛模型.通过拉伸疲劳试验,基于全寿命试验数据和阶段性试验数据对松弛模型进行验证,证明了模型的有效性.     

7075/2A12异种铝合金搅拌摩擦焊搭接接头疲劳寿命预测研究

对7075/2A12异种铝合金搅拌摩擦焊搭接接头进行了疲劳加载测试,并观察了疲劳断口特征。根据实际试件结构建立局部应力应变法和缺口应力法有限元模型,对焊缝区域进行应力应变分析;结合Soderberg修正方程对Manson-Coffin(MC)模型中应力部分进行修正,再根据有限元分析结果,使用局部应力应变法和缺口应力法对异种铝合金搅拌摩擦焊搭接接头进行疲劳寿命预测。试验结果表明,有效搭接厚度严重影响试件的疲劳寿命;位于受载7075前进侧的钩状缺陷比7075后退侧钩状缺陷对疲劳寿命的影响大。与试验结果相比,局部应力应变法中,2组试件最小板厚处疲劳寿命的预测结果都要比钩状缺陷根部处疲劳寿命的预测精度高。部分试件结合Soderberg方程修正的MC模型预测误差大部分都在2个因子之内,而Smith-Watson-Topper(SWT)模型和其他MC修正模型预测结果均在3个因子之内,Sachs修正的MC模型和Morrow修正的MC模型的预测结果相近;缺口应力法中,部分试件预测结果较好,误差在2个因子之内。     

7075航空铝合金原位腐蚀-多轴疲劳行为分析

针对沿海地区飞机服役过程中的疲劳失效问题,利用自行开发的腐蚀装置对7075铝合金进行未腐蚀和3.5%NaCl盐雾原位腐蚀条件下,等效应力分别为200 MPa、250 MPa和300 MPa时的多轴疲劳试验。结合循环曲线和断口形貌对未腐蚀和原位腐蚀条件下的多轴疲劳失效机理进行对比分析,并提出改进的Manson-Coffin-Basquin（MCB）准则进行寿命预测。结果表明,随着等效应力的增大,7075铝合金未腐蚀和原位腐蚀条件下多轴疲劳寿命均下降;等效应力相同时,相对于未腐蚀试样,原位腐蚀试样的多轴疲劳寿命显著缩短,轴向和扭向滞回线的面积均不同程度增大;200 MPa等效应力条件下,试样多轴疲劳寿命在未腐蚀条件下为99 675周次,原位腐蚀条件下下降至55 284周次;未腐蚀和原位腐蚀条件下,裂纹源均出现在外表面,原位腐蚀试样扩展区有盐粒出现;修正的MCB准则引入加载条件和环境因素,得到了良好的预测效果,寿命预测值均位于两倍分散带内。     

应力控制下7075-T651铝合金的疲劳断裂行为

在不同应力幅下(60%σ_s,70%σ_s,80%σ_s,90%σ_s,σ_s为试验合金屈服强度)对7075-T651铝合金进行了应力控制下的疲劳试验,研究了其循环应变响应,观察了疲劳断口形貌、表面损伤形貌以及显微组织,分析了疲劳裂纹的萌生及扩展机制。结果表明:试验合金中析出了微米级的Al7Cu2Fe颗粒、纳米级的η′(MgZn2)相和尺寸较大的η(MgZn2)相,此外,还存在尺寸为3~10nm的细小球状GP区;在较高应力幅(80%σ_s,90%σ_s)控制下,试验合金表现出先软化后硬化直至断裂的疲劳行为,而在较低应力幅(60%σ_s,70%σ_s)下则先软化后明显硬化并趋于稳定;试验合金主要发生微孔聚集韧窝型断裂,在较高应力幅下,裂纹源位于粗大夹杂物Al7Cu2Fe和第二相MgZn2处,位错大量缠结,而在低应力幅下,裂纹源位于基体轻微撕裂处,位错形态为分散的短或长直位错线。     

2524-T3铝合金搅拌摩擦焊对接接头的疲劳性能

对2524-T3铝合金母材及三种尺寸搅拌摩擦焊(FSW)对接接头的疲劳性能进行了研究,获得了各试样的S-N曲线并进行了分析。结果表明:在疲劳寿命为1×105周时,小厚度、短焊缝FSW对接接头的疲劳强度约为母材的80.8%,大厚度FSW对接接头的疲劳强度约为小厚度、短焊缝FSW对接接头的80.3%,大焊缝FSW对接接头的疲劳强度约为小厚度、短焊缝FSW对接接头的79.9%。     

民航客机7075-T6铝合金壁板的腐蚀特征与机制

为了研究民航客机结构的腐蚀机理,详细表征服役客机7075-T6铝合金壁板的腐蚀形貌、裂纹特征和腐蚀产物,并对其腐蚀机制进行探讨。利用扫描电子显微镜及附带能谱仪对壁板的完整涂层和已腐蚀(未剥落)涂层表面进行微观形貌和能谱分析。利用光学显微镜对壁板横截面金相样品进行详细观察,运用X射线物相衍射分析表面腐蚀残留物的物相。试验结果表明,客机7075铝合金壁板铆钉孔附近区域的表面涂层容易出现鼓泡、开裂等现象,并发生层状的剥落腐蚀,表面腐蚀形貌以微裂纹和龟裂为主,腐蚀产物以氢氧化物为主。铆钉孔附近区域表面下方可诱发大量不连续的阶梯状平行的沿晶应力腐蚀裂纹,裂纹引起的膨胀是表面涂层脱落的关键因素。此外,腐蚀介质中的Cl–、SO42–等有害离子对铝合金壁板的腐蚀具有明显的促进作用。     

考虑修正平均等效应力强度因子的焊点缺陷疲劳寿命研究

提出了一种基于超声回波的焊点缺陷疲劳寿命预测评价方法。该方法采用模糊数学理论,基于超声回波特征获得损伤系数,然后综合考虑法向应力、剪切应力和初始缺陷的影响,将焊点缺陷在裂纹扩展路径上的修正平均等效应力强度因子作为疲劳评价的参量。通过对DP600GI材料的合格焊点、焊核过小焊点和烧穿焊点的接头进行疲劳试验,比较不同缺陷对焊接疲劳寿命的影响,得到一条修正平均等效应力强度因子与疲劳寿命的拟合曲线作为含初始缺陷的焊点疲劳寿命预测曲线,研究结果表明,该曲线能有效预测含初始缺陷的点焊接头的疲劳寿命。该方法有助于合理设计电阻点焊的缺陷容限。