加工表面残余应力的有限元—应力松弛联合建模及预测分析

针对切削加工表面残余应力有限元模型预测效率低、解析预测模型互换性不强的问题,提出切削有限元模型和应力松弛解析模型的联合建模预测。基于有限元仿真模拟切削加工过程获取已加工表面的应力、应变及温度等基础物理变量,通过应力松弛解析模型计算残余应力,通过H13热作模具钢直角切削实验和有限元仿真验证预测模型,基于联合模型分析了不同刀具几何参数对残余应力分布的影响规律和显著性。结果表明,该模型能高效、低成本、高精度地预测沿工件表面深度的残余应力分布。本研究对促进残余应力预测方法的发展有一定的参考价值。     

盲孔法测量残余应力的微机处理系统

机械零件中存在残余应力,长期被工程界所重视。用微型计算机对钻孔法测量残余应力的数据进行实时处理,立即得到残余应变值和弹性状态下的残余主应方和主应力方向.提高了分析速度,并为进一步的强度分析和实时控制、处理、测量提供了基础。     

矩形截面杆状零件磨削表面残余应力测定的计算分析

本文以在电子计算机上对缓进给强力磨削表面残余应力近千个测试点的实际计算为基础,分析讨论了矩形截面杆状零件磨削表面残余应力的计算方法,计算误差及其计算公式的简化。在研究形状比较复杂的机器零件(例如平板状零件)的磨削表面残余应力时,常常沿残余应力的主应力方向切取矩形截面杆状试祥(当然要避免由于切割方法本身带来的附加应力),测量试样在杆的长度方向上的表面残余应力。所以研究矩形截面杆状零件磨削表面残余应力是研究复杂零件表面残余应力的基础。因此讨论矩形截面杆状零件磨削表面残余应力的计算方法,计算误差,进而在保证必要的计算精度的前提下作一些适当简化,在理论上和工程计算上是有实际意义的。     

喷丸齿轮残余应力数值分析与仿真

对比齿轮表层经喷丸处理和未喷丸处理效果,运用X射线应力测定仪进行齿轮表面残余应力测试实验,分析喷丸强化与齿轮表面残余应力之间的关系;基于有限元方法开展齿轮喷丸残余应力场数值模拟分析与仿真,建立基础撞击简化模型,分析揭示喷丸强化处理后齿面表层应力分布规律;讨论弹丸速度和直径大小对表面残余压应力变化的影响,相关结论对于工程实践具有一定的指导意义和参考价值。     

一种铝合金模锻件残余应力状态的研究

研究发现,工件在模锻件成型和热处理后,内部残留有大量的残余应力,在加工过程中,残余应力被逐渐释放,导致工件变形,造成工件不合格。以铝合金模锻件为例,采用X射线衍射法配合电解抛光,对模锻件表面和内部的残余应力进行检测,揭示模锻件表面及内部的残余应力状态和分布规律,并采用冷热循环时效的方法代替原有的热时效方法处理模锻件。检测后发现,冷热循环时效处理后的模锻件沿直径和圆周方向残余应力值都较小,并且分布更均匀。这为今后优化铝合金模锻件热处理工艺,减小残余应力奠定了理论基础。     

超声振动时效可行性分析及实验研究

经过冷、热加工的金属零件表面和内部会存在残余应力,目前消除残余应力的振动时效技术主要是频率低于200Hz的低频振动,而对高频振动时效(大于1000Hz而小于15kHz)和超声振动时效(15kHz以上)的研究很少。对于固有频率较高的小型工件进行有效的时效处理成为目前亟待解决的问题之一。利用压力机对小型杆件施加集中荷载来模拟残余应力的形成,通过对超声振动激振应力计算和实验杆件中残余应力的计算,并从超声振动时效原理上进行实验的可行性分析。最后进行实验分析,即利用残余曲率计算出残余应力并进行时效效果分析,结果表明超声振动时效对小型工件的残余应力的消除有很明显的效果。为以后的超声振动时效研究奠定了理论及实验基础。     

渗碳淬火工艺齿轮内部残余应力状态有限元仿真研究

当齿轮渗碳淬火处理后,在轮齿表面和距离齿面一定距离的内部会形成残余应力。本文采用有限元方法对齿轮渗碳淬火过程进行了模拟仿真,展现了淬火试件的温度场的变化和残余应力场的最后形成。研究成果反映了齿轮淬火后在其表面形成了较稳定的残余压应力层,仿真结果与实际淬火热处理定性趋势上基本吻合。为齿轮设计阶段考虑残余应力的作用提供了技术参考和基础保障。     

弱刚度结构件切削加工残余应力的研究

弱刚度结构件具有刚度差和材料去除量大等特点,加工过程中产生的残余应力容易导致其加工变形,尤其对于精度要求高且厚度不均匀的弱刚度结构件,更有必要研究切削加工残余应力的影响因素,从而为控制弱刚度结构件的加工变形提供基础。根据正交切削理论和热弹塑性有限元理论建立了切削加工的三维有限元模型,对材料为40CrNiMo的变厚度弱刚度结构件进行了切削加工模拟,对切削过程中的残余应力进行了有限元计算。通过对比不同切削参数情况下残余应力的分布,得到了残余应力随切削参数的变化规律;将变厚度弱刚度结构件的加工分为二次等厚度的切削加工,通过与一次加工得到的残余应力进行对比,得到了2种不同加工工序对变厚度弱刚度结构件的残余应力影响规律。     

喷丸三维残余应力场的有限元模拟

运用大型有限元计算软件ABAQUS建立了模拟喷丸残余应力场的三维有限元模型,预测了在相同喷丸强度下玻璃丸和钢丸两种类型弹丸喷射所产生的残余应力场。模拟过程中,分析了线性减缩积分单元的沙漏参数、材料的应变硬化率、喷丸覆盖率以及初始残余拉应力等因素对304不锈钢靶材残余应力分布的影响。从计算结果可以看出,钢丸喷丸产生的残余压应力层较深,但在高覆盖率时,玻璃喷丸产生的残余压应力的平均值比钢丸喷丸处理后产生的大。在有初始残余拉应力(250 Mpa)存在的情况下,两种类型的喷丸处理均能使304不锈钢靶材表面形成残余压应力层,这说明喷丸工艺可以提高奥氏体不锈钢焊接构件的抗应力腐蚀开裂能力。本研究成果为进一步探讨喷丸强化不锈钢焊接头抗应力腐蚀性能的机理奠定了基础。     

基于RBF神经网络的航空叶片铣削残余应力预测

为了获得航空叶片精密铣削中的残余压应力,引入径向基函数神经网络对GH4169叶片铣削残余应力进行预测。以刀轴侧倾角、铣削速度和每齿进给量为设计因子开展球头刀铣削实验,采用X射线法测试残余应力;采用实验样本对径向基函数神经网络进行训练,获得残余应力的径向基函数模型,并与传统的多元线性回归模型与BP神经网络进行对比,结果表明径向基函数模型的预测精度最高。分析工艺参数对铣削残余应力的交互影响规律,结果表明铣削残余应力与3个工艺因子之间存在高度的非线性映射关联。所提出的径向基函数模型有望为航空叶片铣削工艺优化奠定理论基础。     

脉动真空灭菌器内腔开裂原因分析

采用宏观检查、扫描电镜、金相检验、工作应力测试、残余应力分析等方法,对脉动真空灭菌器内腔开裂原因进行综合分析。结果表明,应力腐蚀是造成脉动真空灭菌内腔开裂的直接原因,鉴于脉动真空灭菌器工作条件及使用环境具有不可避免的腐蚀介质,因此脉动真空灭菌器内腔较高的焊接残余应力是造成应力腐蚀的主要原因。     

谐波振动消除机床铸件残余应力的应用分析

对应用谐波振动消除机床床身铸造残余应力的方法进行了实验研究。实验结果的对比表明,该方法能够显著地降低铸件生产中残余应力对铸件精度的影响,是一种可显著缩短机床生产周期的新型工艺方法。     

基于支持矢量机的疲劳应力集中系数预测模型研究

疲劳应力集中系数作为材料疲劳抗力指标的疲劳极限,不仅反映了疲劳应力集中的程度,还反映了材料对缺口的敏感程度,将近年来飞速发展的支持矢量机(Support vector machine,SVM)应用于疲劳应力集中系数的研究。介绍支持矢量机的基本原理,利用LIBSVM,选择高斯型径向基函数(Radial basis function,RBF)作为核函数,建立以材料的抗拉强度、屈服强度、光棒疲劳强度、理论应力集中系数、缺口根部半径、试样尺寸及缺口疲劳极限作为输入值,疲劳应力集中系数为输出值的模型,从而对疲劳应力集中系数进行分析和预测。同时,SVM模型与经验公式Neuber式和Peterson式的计算值进行比较。结果表明,在小样本条件下,应用SVM技术构建的数学模型,模型的拟合相对误差小于7.4%,从而证明该SVM模型的准确性和适用性。     

横梁蠕变松弛对龙门镗铣床运动精度可靠性的影响建模

针对横梁蠕变变形对龙门镗铣床精度保持性的影响问题,建立了一种龙门镗铣床运动可靠性评估模型。采用有限元软件对横梁残余应力进行多工序连续建模仿真,并通过盲孔法测试验证了有限元模拟的有效性;根据横梁导轨与滑枕座间几何误差的表征关系构建了龙门镗铣床的几何精度退化模型,利用蠕变模拟数据确定y向几何误差退化轨迹;结合机床空间位置误差模型和误差退化轨迹建立了机床运动可靠性评估模型,进而实现对服役期的龙门镗铣床运动可靠性的预测,以及对不同横梁应力状态下运动可靠性的比较评估。结果表明,横梁蠕变变形导致机床运动精度可靠性呈幂律函数形式衰退,且在时效前较大应力下机床运动可靠性降低更明显。     

Ultrasonic measurement of tie-bar stress for die-casting machine

In die casting, the real-time measurement of the stress of the tie-bar helps ensure product quality and protect the machine itself. However, the traditional magnetic-attached strain gauge is installed in the mold and product operating area, which hinders the loading and unloading of the mold and the collection of die castings. In this paper, a method for real-time measurement of stress using ultrasonic technology is proposed. The stress variation of the tie-bar is analyzed, and a mathematical model between ultrasonic signal and stress based on acoustoelastic theory is established. Verification experiments show that the proposed method agrees with the strain gauge, and the maximum of the difference square is only 1.5678 (MPa)². Furthermore, single-factor experiments are conducted. A higher ultrasonic frequency produces a better measurement accuracy, and the mean of difference squares at 2.5 and 5 MHz are 2.3234 and 0.6733 (MPa)², respectively. Measurement accuracy is insensitive to probe location and tonnage of the die-casting machine. Moreover, the ultrasonic measurement method can be used to monitor clamping health status and inspect the dynamic pulling force of the tie-bar. This approach has the advantages of high precision, high repeatability, easy installation, and noninterference, which helps guide the production in die casting.     

基于 ELM 的超声多特征融合螺栓应力测量方法

针对传统超声波螺栓应力测量中存在的非线性和不适定性问题,提出一种基于极限学习机(ELM)的超声多特征融合 螺栓应力测量方法。 首先基于声弹性理论和散射理论,根据超声回波信号提取声时差及瑞利散射范围内多晶体材料中纵波的 衰减系数等超声波特征参数。 然后通过向量降维选择声时差、衰减系数和有效受力长度作为模型输入特征向量,建立了基于 ELM 的超声多特征融合螺栓应力测量模型。 搭建螺栓轴向应力超声波测量实验平台,对不同材料和规格的螺栓进行螺栓应力 的测量,并对比了使用传统的超声测量方法的测量结果,验证了传统超声检测方法的局限性。 对比了 ELM 与其他机器学习方 法包括 BP、支持向量回归(SVR)的测量结果和精度。 结果表明,提出的方法有效克服了传统超声测量方法的不足,能实现不同 材料不同规格的螺栓应力测量,并且测量精度更高(平均相对误差为 3. 86% ),泛化能力更好。     

固气两相流理论在路面铣刨碎料清理设备中的应用

研究固气两相流技术在沥青路面铣刨工作面清理设备中应用的可行性。针对冷铣刨机工作面遗留的铣刨废料进行了固气两相流分析,确定了清理设备的主要性能和结构参数的计算方法,通过试算证明了这种应用的可行性。     

蒸馏水机机架设计

通过蒸馏水机机架主梁最大弯曲应力、侧梁最大弯曲应力、立柱最大压应力的设计计算,合理选定主梁、侧梁和立柱规格尺寸,满足设备的强度要求,保证设备在制造、运输和运行中的安全可靠。     

HSK刀柄和主轴在高速旋转下连接性能可靠性分析

空心短锥刀柄在数控机床上起到连接主轴与切削刀具并传递力矩的作用。刀柄与主轴连接性能的可靠性对机床的加工精度及工作安全性有重要影响。由于加工和装配等误差、实际过盈量和实际夹紧力等结构和性能参数具有不确定性,考虑到HSK工具系统中这些参数的不确定性,利用区间模型描述这种不确定性,建立了HSK刀柄与主轴连接接触面区间接触应力模型,提出了HSK刀柄与主轴连接性能的非概率可靠性模型,给出了可靠临界转速的概念。通过对HSK-A63刀柄性能的分析与计算,说明了该方法的合理性与可行性,为防止HSK刀柄与主轴的连接失效,保证数控机床的加工精度和使用的可靠性提供了理论基础。     

数控机床HSK刀柄和主轴在高速旋转下的连接性能分析

刀柄与主轴连接性能对数控机床的加工精度以及工作安全性影响显著。针对HSK刀柄在高速旋转过程中发生刀柄和主轴连接失效这一主要失效形式,应用弹性力学理论建立了任一转速下刀柄与主轴连接锥面的接触应力模型,且有限元分析结果与该理论模型有较好的一致性。在此基础上,综合考虑夹紧力以及刀柄、主轴配合过盈量的影响,建立了基于HSK刀柄与主轴连接的临界转速计算模型以及连接可靠性模型。根据临界转速模型可以从理论上计算出一定过盈量和夹紧力下的临界转速,分析夹紧力和过盈量对临界转速的影响。根据连接可靠性模型可以求解任一转速下刀柄和主轴连接的可靠度,并得到可靠度随转速的变化规律。这两个模型的建立对防止HSK刀柄、主轴连接的失效,保证高速切削加工的精度以及工作的安全性有重要意义,同时也为正确使用HSK刀柄以及刀柄尺寸结构进一步优化和可靠性设计提供了理论基础。
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