选择性激光熔化制造金属构件残余应力的研究进展

残余应力是导致选择性激光熔化(SLM)制造金属构件失效的关键因素之一。介绍了SLM制造过程中残余应力的产生机制和检测方法,综述了SLM工艺参数对残余应力的影响,展望了SLM制造构件残余应力研究的未来方向。     

振动时效技术的研究现状与发展趋势

金属构件内部残余应力的消除是机械加工过程中为保证尺寸稳定性而采取的一项工艺措施,振动时效技术是一种新型的消除应力技术。介绍了振动时效技术的原理、特点以及振动时效技术的研究现状,对振动时效技术的发展进行了探讨。     

数控铣床金属构件加工工艺机械自动化控制技术研究

随着机械自动化技术的推行与应用,大多数企业在加工金属构件的过程中会使用自动化控制技术,然后再将切割完成的工艺成品做打磨处理。在科技技术的现代化社会当中,为了提高企业的生产加工效率和对金属构件的利用率,在金属进行加工处理过程中会使用数控铣床设备,完成不同程度的工作任务。在对金属构件加工和打磨的过程中主要使用的工具是铣削,通过锋利的刀具对金属构件进行切割,在此过程当中数控铣床发挥着重要的作用。     

基于应力测试的老旧岸边集装箱起重机安全评估

某港口一台岸边集装箱起重机使用年限达34年,同时小车运行过程中存在小区域的剧烈振动现象,为分析岸边集装箱起重机继续使用的可靠性以及主要承载金属结构的受力状态,对起重机的主要承载金属构件进行静态应力和动态应力测试,对同一截面小车轨道高低差进行检测,对整机金属结构表面质量进行检测,最终完成对整机的安全性评价。     

基于低幅载荷累积强化效果的传动轴轻量化设计

汽车传动轴结构的常规设计有较大的结构强度过剩,根据传动轴在车辆运行过程中的受载特点和结构强度的演变规律,通过适当减小结构尺寸,合理提高使用应力,使其具有较低的初始设计强度,在使用过程中经受载荷的不断强化,强度潜力得到充分发挥。在结构优化过程中,以最佳累积强化效果为目标,根据设计应力分布区间与结构低载强化特性区间的对应关系来获取结构尺寸参数。最后通过传动轴零件的建模与仿真分析,验证了结构轻量化设计的有效性。     

异种耐热钢焊接接头低塑性蠕变失效力学因素的研究

用有限元法计算了异种耐热钢接头邻近焊缝界面低强度材料区的蠕变应变分布,建立了蠕变拘束区（CRZ）应力三轴度（σ(av)/σ）与蠕变应变速率的比值（εw/εb）之间的数学关系模型,并通过蠕变断裂试验证明了数学模型的正确性。理论分析和试验结果表明,焊缝界面低强度材料蠕变拘束区的应力三轴度是接头发生低塑性蠕变失效的主要力学因素。     

基于FLAPW算法屈服极限磁记忆信号特征的研究

磁记忆法可以有效判断铁磁性金属构件的应力集中区域。但是,目前铁磁性构件屈服极限处的磁记忆信号特征尚不明确,因此难以根据磁记忆信号对构件的使用寿命进行有效评估。根据电子自旋理论和洪德法则,建立了磁力学模型,分析了材料电子壳层的电荷密度、原子磁矩与磁记忆信号的关系,基于全势线性缀加平面波法(FLAPW),计算了铁磁性金属构件屈服极限前后系统能量、原子磁矩、电子自旋分布以及电荷密度的变化规律,分析了屈服极限前后的磁记忆信号特征。研究结果表明:铁磁性构件在屈服极限前,随着应力增加,电荷密度和原子磁矩减小,磁记忆信号与应力呈线性变化关系,具有很好的重复性;在屈服极限后,由于铁磁性金属构件的加工硬化能力减小,随着应力继续增加,电荷密度与原子磁矩增加,磁记忆信号出现反转特性。     

基于低幅锻炼载荷的累积强化效果模型

根据汽车结构件在车辆运行过程中的受载特点,以汽车传动轴为对象,研究其在低幅锻炼载荷作用下的强度演变规律。通过对汽车传动轴光滑试样的低载强化效果试验,确定传动轴材料40Cr的低载强化应力区间,重点分析锻炼载荷幅值和加载次数对结构件剩余疲劳强度的影响,结果表明结构强度在一定条件下存在最佳的强化效果;并通过试验数据的正交分析与处理,拟合出强化或损伤效果与等效对称应力、加载次数的关系模型。进而以这一模型为基础,结合汽车传动轴工作的随机载荷谱,通过多级低幅载荷循环下强化和损伤强度的积分,建立传动轴在实际工作过程中的疲劳累积强化效果模型;并根据设计应力区间和最佳强化效果的应力区间的匹配,提出以低幅锻炼载荷的累积强化效果为目标的轻量化设计思路,为汽车结构件的轻量化设计提供理论基础。     

浅谈振动时效及其应用

在机械制造业中，制造工艺显得十分重要。在金属构件的加工中，构件内避免不了要产生残余应力，这必将影响构件的性能。为了消除残余应力，人们采取了多种方法。本文半就其中振动时效技术予以详细叙述。     

随机载荷作用下动态应力-强度干涉模型

研究了随机应力作用下强度随时间退化时,随时间变化的应力-强度干涉模型。用泊松过程描述应力的作用过程,运用概率微分方程,建立了不考虑强度退化和考虑强度退化时的动态应力-强度干涉模型。在考虑强度退化时,分别将强度退化视为随机变量和随机过程。     

桥式起重机主梁危险截面应力幅的分布规律及计算方法

探讨了桥式起重机主梁跨中应力幅值Sr的分布规律及计算方法，并用实例验算了计算方法的可行性。为起重机金属构件的疲劳概率设计做了一些基础性工作。     

基于扩展有限元模型的动态应力强度因子计算

为准确计算基于扩展有限元法（XFEM）的裂纹扩展模型中的应力强度因子,在ABAQUS软件中建立中心裂纹平板和三点弯曲的XFEM模型,采用相互作用积分法,通过用户子程序接口分别实现了Ⅰ型、Ⅱ型断裂模式下裂纹扩展过程中应力强度因子的计算;研究了网格密度与积分半径对XFEM模型应力强度因子计算精度的影响规律,研究结果表明：当网格密度因子为0.012~0.016、相对积分半径为3时,应力强度因子收敛至稳定值,计算误差不超过3%。利用所提方法与程序计算了单边带孔疲劳裂纹扩展试样的动态应力强度因子,试验结果表明：基于Paris理论预测的剩余寿命与疲劳试验结果误差为5.3%,进一步验证了所提方法与程序的正确性。     

振动时效——高效节能新工艺

对于材质为碳素结构钢、低合金钢、铸铁及有色金属(铜、铝、锌及其合金 )等铸件、锻件及焊接件 ,在加热、成型、凝固、冷却过程中 ,由于壁厚不均匀 ,各部分冷却速度不同 ,以不同的时间由塑性到弹性变形 ,构件各处热胀冷缩不均匀 ,收缩受到相互牵制 ;同时 ,在冷却过程中发生石墨化和金相组织转变而引起的体积变化 ,往往在构件中产生内应力 ;在机械加工过程中 ,构件表面层在切削力和切削热的作用下 ,由于构件各部分产生不同程度的塑性变形 ,以及金属组织等变化又附加切削加工应力。这些应力残留在金属构件中 ,处于一种不稳定的状态中 ,它的内…     

机械激振减少构件内应力

在机械工程上,任何金属构件经过铸造、锻造、焊接等热加工或冷加工后,内部总会产生大量的残余应力,这会带来很多不利的影响,使零件变形,结构尺寸不稳定。较大的残余应力还会引起构件的破坏、腐蚀、脆断。为了减少构件内部的残余应力,必须进行适当的工艺处理。通常的工艺有:退火、回火、火焰烘烤、红外线烘烤、拉伸变形以及自然时效等。对于中小型构件,可用热处理工艺减小内应力,但需要耗费大量燃料或电力;如用自然时效的方法则大大延长生产周期。我厂对一些大型或超大型的构件,在工程周期不允许采用自然时效、而又缺乏大型回火炉的情况下,根据国外报导和资料,采用了机械激振减少金属构件内残余应力的新工艺,取得了很好的效果。     

涡轮盘低循环疲劳两种可靠性分析方法的对比

使用基于应力和基于应变的疲劳可靠性分析方法,对比分析了涡轮盘低循环疲劳寿命及可靠性。P-S-N曲线由三参数函数式来描述,并由异方差回归拟合,涡轮盘危险点的应力应变可由有限元分析和响应面法得到,对比了应力寿命、应力强度、应变寿命和应变强度四种疲劳可靠性模型的寿命及可靠度,结果表明基于应力的分析方法,也可用于涡轮盘低循环疲劳可靠性分析。     

随机因素影响下具有相关失效模式的齿轮传动动态可靠性研究

考虑输入转矩和负载转矩的随机波动量,以及随机啮合误差,建立了单级直齿轮传动系统的弯-扭耦合动力学模型,经数值求解,得到了作用于轮齿的动应力。将工作周期内的动应力作用过程视为随机过程,并用该随机过程中最大应力的概率模型等效随机过程的作用,得到了应力的概率分布模型。使用Monte Carlo法得到了许用应力的概率分布模型。基于应力-强度干涉理论建立了考虑齿根弯曲疲劳失效和齿面接触疲劳失效相关性的齿轮传动系统动态可靠性模型。研究发现啮合误差越大,系统的可靠性越低。     

浅谈焊接成本控制

焊接技术在工业中应用的历史并不长,但它的发展却是非常迅速的。在短短的几十年中,焊接已在许多工业部门的金属构件中,如建筑钢结构、船舶、铁道车辆和压力容器中几乎全部取代了铆接,成为金属构件制造过程中越来越流行的工艺。 但是,许多企业经营者从来没有认真考虑过焊接成本,因为它只不过是总制造成本中的一小部分。当我们     

输油(气)管成形内应力对管体取样σ_(0.5)及管体σ_(0.5)的影响

API标准规定 ,采用管体取样压平试样的屈服强度 ,表征输油 (气 )管管体屈服强度。对 UOE管 ,由于其弹复应力低 ,包申格效应使压平试样的屈服强度低于经强力扩径强化的管体屈服强度 ,因而这种表征是偏于安全的。对于螺旋焊管 (外控成形 ) ,实测表明 ,管体内存在较高的弹复应力 ,管体取样 ,弹复应力释放。虽然压平过程的包申格效应使试样的屈服强度降低 ,但弹复应力使管体屈服强度降低更严重 ,因而这种表征是偏于不安全的。服役时 ,弹复应力与工作应力叠加 ,使输油 (气 )管服役的安全裕度降低。     

金属延性断裂过程仿真与损伤破坏准则应用

在均质材料损伤破坏准则的理论应用研究基础上,对典型金属构件的非线性载荷—位移响应及其延性断裂过程进行数值仿真研究,发现常规工程数值计算中应用材料应力应变的单一曲线假设模拟构件非线性响应存在较大误差。为提高数值模拟精度,提出复杂应力状态下材料屈服以及非线性应力—应变曲线的理论修正项及其表达式。应用Wilkins延性损伤断裂准则,在Abaqus系统实现算法软件编程的基础上,对不同圆弧缺口及两类带孔板铝合金构件的延性断裂过程进行非线性有限元数值仿真,获得与试验结果吻合良好的应用结论。     

应力-强度干涉模型在系统失效概率分析中的应用及相关问题

研究一般串联、并联及K／N表决系统（不要求系统中各零件失效事件是相互独立的）的失效概率建模与失效概率预测。通过详细考察、深入分析应力-强度干涉理论、方法及其在零件失效概率和系统失效概率计算中的建模过程，介绍“系统级”的应力-强度干涉模型及其在系统失效概率分析中的应用，并给出应用实例及其与实验观测结果的比较。与传统的先计算零件失效概率，再在各零件失效相互独立的（不真实）假设条件下建立串联、并联、表决等系统失效概率模型的方法不同，文中提出应用“系统级”的应力-强度干涉分析直接建立系统失效概率模型的方法。为应用应力-强度干涉模型预测系统失效概率，首先详细分析传统的零件失效干涉分析过程中发生的系统可靠性信息损失问题。分析表明，零件失效概率的不确定性与载荷分散程度有关，在传统的应用应力-强度干涉模型计算零件失效概率过程中遗失的失效相关性信息对系统失效概率估算是十分重要的。在此基础上，指出无法通过传统的零件可靠度参数构建一般系统（具有失效相关性的非独立失效系统）可靠性模型的原因。最后，建立能根据系统低阶失效数据预测高阶失效概率的参数化模型。