2024-T351铝合金方形光斑激光喷丸残余应力场数值模拟

为了分析激光喷丸作用后,以2024-T351铝合金为代表的高强航空铝合金材料表面和内部残余应力的分布情况,并为后续板料激光喷丸变形分析打下基础,在ABAQUS软件平台上,构建了一种方形光斑激光冲击的有限元计算模型,对方形光斑激光冲击诱导的残余应力场进行了数值模拟,分析了在无搭接和搭接率为25％的两种情况下,激光冲击产生...     

薄板激光冲击强化残余应力场的数值模拟与试验

激光冲击强化会在材料表面形成深度达到1 mm的残余压应力,而对于厚度小于1 mm的薄板,由于冲击时应力波的反射和叠加,其残余应力场的分布肯定不同于厚板。文章采用4种冲击方式(单面冲击、底面约束情况下的单面冲击、双面非同时冲击以及双面同时对冲)对2024铝合金薄板(厚度为1 mm)进行激光冲击强化,并应用有限元软件ANSYS/LS-DYNA对其进行数值模拟,系统分析经过4种不同的冲击方式,得到薄板的变形以及残余应力的分布情况。结果表明,双面同时对冲方式能够使薄板两面都产生很大的残余压应力,而且不会出现弯曲变形,是理想的冲击方式。     

不同入射角弹丸强化残余应力场的数值模拟

目的通过建立有限元模型模拟研究弹丸入射角度对残余应力场和强化效果的影响。方法采用ABAQUS软件建立了单粒弹丸强化靶体的三维对称模型,对单个弹丸喷丸强化进行了数值模拟,模拟了50、75、100 m/s三种不同速度下,弹丸垂直入射作用在靶体上所产生的残余压应力场,以及30°、60°和90°三种不同入射角度下靶体上产生的残余应力场。结果不同速度下弹丸垂直入射作用在靶体上所产生的残余压应力场的模拟结果显示,随着弹丸速度的增加,靶材次表层的最大残余压应力以及压应力层深度增加。不同入射角度下靶体上产生的残余应力场深度和大小变化不相同,入射角为90°(垂直入射)时,所产生的残余压应力最大,入射角为60°时次之,入射角为30°时最小。结论模拟结果与实验结果的残余压应力最大值和曲线的变化趋势基本一致,吻合程度较高,说明所建的有限元模型可靠。在相同速度下,随着入射角度不断变大,所产生的最大残余压应力也不断增加,在垂直入射时达到最大值。     

铝合金点焊残余应力的有限元模拟分析

通过建立铝合金电阻点焊过程的有限元分析模型,模拟了电阻点焊过程温度场的变化情况.揭示了铝合金点焊过程中的熔核产生、形成及长大过程.对在热栽荷和电极压力作用下焊点残余应力的分布情况分别进行分析,并使用X射线衍射法测量了不同电极压力及持压时闻下焊点的残余应力大小,比较表明,计算结果与试验结果相符,证实了铝合金点焊残余应力的有限元模拟的正确性和适用性.     

激光冲击强化残余应力场的数值仿真分析

基于激光冲击强化LY12CZ航空铝合金的试验,采用显式动力学有限元软件ANSYS/LS-DYNA对激光冲击诱发的残余应力场进行数值模拟。对模拟中的关键问题,如加载历史、本构关系、网格划分、求解时间等进行了处理。对激光冲击强化后,冲击区表面和深度方向上的残余应力分布特点进行了分析。研究表明,在最佳激光峰值压力下, LY12CZ航空铝合金经激光冲击后,金属表面产生深度为0.5 mm的残余压应力。模拟和试验结果相比,分布规律具有一致性,最大残余应力相差10.2 %。获得的结果将为激光冲击强化过程的控制,和进一步的实验研究提供理论依据。     

激光冲击强化对TC17表面形貌及残余应力场影响的有限元数值模拟研究

激光冲击强化是一种新型表面改性技术,能够在金属部件表面引入残余压应力提高其疲劳、耐磨和腐蚀性能。研究了不同能量脉冲激光(3,5和7 J)冲击强化对TC17钛合金材料表面形貌和最大塑性变形的影响并通过有限元数值模拟激光冲击强化过程。运用白光干涉仪表征试样表面三维形貌和表面塑性应变,采用有限元数值模拟验证表面塑性应变并研究表面和深度方向残余应力场分布规律。结果表明:实验法和有限元法测定试样表面塑性应变深度具有较高的一致性,3、5和7 J冲击下的最大残余应力分别为136.7、407.6和637.3 MPa,塑性影响层深度从约400μm增加到约1050μm。因此,增加激光冲击能量有益于提高残余应力场的大小和深度。     

高温变形中2B25-T3511铝合金组织及性能

通过高温拉伸、TEM和SEM等手段对2B25-T3511铝合金高温力学性能及组织变化进行研究。结果表明,随拉伸温度升高,合金强度逐渐下降,其中抗拉强度随温度升高而降低的趋势较屈服强度显著;伸长率先升高-降低-略有升高-降低的"M"状变化趋势。在175℃以下,晶粒内基本没有新析出相,合金基体随拉伸温度升高而不断发生软化是强度降低的主要因素,合金基体与相粒子之间的界面弱化以及175℃以上时晶内细小片针状析出相的析出是合金塑性呈现"M"状变化的原因。随温度升高,断口形貌也由沿晶断裂为主逐渐过渡到以高温滑移特征以及基体/沉淀相界面的滑脱为主的韧窝形貌。     

堆焊金属残余应力场的计算机模拟

采用60CrMnMo钢为基体材料,用AST型X射线应力分析仪对堆焊残余应力场进行了测定。发现在堆焊金属中心部位和熔合区附近的热影响区出现了两个残余拉应力峰值。用ANSYS计算软件,模拟了堆焊过程中温度场和残余应力场的分布,在模拟中考虑了马氏体相变、杨氏模量与其它参数对计算结果的影响,并将计算值与残余应力场的测量值进行了比较。结果表明,残余应力场的计算结果与实测结果吻合较好,说明本文建立的有限元计算模型是有效的。采用这一模型,模拟了不同试样尺寸对堆焊金属残余应力场分布的影响。计算结果表明,随着试样尺寸的增大,残余应力峰值增大,且峰值益发生变化。     

非调质钢48MnV磨削强化残余应力场的试验研究及有限元仿真

基于非调质钢48MnV的磨削强化试验,对其强化后试样的残余应力进行了测试。应用非线性瞬态有限元法计算了48MnV钢工件在移动热源作用下的温度场,然后应用热弹塑性有限元法计算了工件在热作用和磨削力耦合下的残余应力分布。结果表明,磨削强化表面存在残余压应力,并分析了存在压应力的原因;模拟结果与试验结果相比,误差在标准范围内。     

激光喷丸诱导的残余应力的有限元分析

激光喷丸成形是一项新技术,是利用强激光辐照材料表面产生的高压冲击波对材料内部诱导的残余应力来成形金属板料的,控制残余应力场的分布是精确成形板料的关键。有限元模拟技术是预测激光诱导的残余应力场的有效方法之一。该文建立激光诱导残余应力模拟的模型,讨论了模拟过程中关键问题的技术处理,如加载历史、本构关系、网格划分、求解时间等。数值模拟的过程主要包括动态分析和静态分析两个步骤,模拟结果表明,残余压应力的大小和残余压应力层的深度随激光的功率密度的增加而增加,最后趋于饱和。模拟结果和试验结果较为一致。     

7075铝合金搅拌摩擦焊接头温度场及残余应力场的有限元模拟

根据搅拌摩擦焊特点及库伦摩擦做功理论,以厚度为6 mm的7075-T7351铝合金板材为研究对象,基于ANSYS有限元软件,建立了搅拌摩擦焊双热源三维有限元模型,研究不同转速、焊接速度对温度场及残余应力场的影响规律.结果表明,焊接过程峰值温度在500℃左右,接头最高温度出现在搅拌头后部大约5 mm处;接头残余应力以纵向残余应力为主,在垂直焊缝方向上呈M形分布,最大值约为150 MPa;当搅拌头转速一定时,随着焊接速度的增大,峰值温度减小,峰值纵向残余应力增大;当焊接速度一定时,温度随着转速的增大而增大,且转速越大,纵向残余应力分布越均匀.     

激光冲击诱导的残余应力洞数值建模仿真分析

通过建立ANSYS/LS-DYNA有限元仿真模型,对激光冲击处理后靶材的残余应力场进行了有效的预测,对隐式分析前后模型的表面形貌进行了分析,对不同激光冲击参数下激光冲击强化产生的残余应力洞进行了分析。结果表明,增加峰值压力、冲击次数和光斑直径虽然可以改善激光冲击强化效果,增加最大残余应力,但同时也会增大残余应力洞现象,使用方形光斑可以有效减弱残余应力洞现象。     

铝热焊的温度场及残余应力场有限元分析

应用ANSYS软件对焊接模型进行了有限元建模,并利用单元生死技术和热-结构耦合功能仿真了焊接过程,模拟出铝热焊动态温度场和动态残余应力场。结果表明:加压的最佳时间在55~255s之间,焊接结构中最大残余应力多出现在熔合区附近,熔合区横向多为拉应力,最大值约212MPa。     

Finite element simulation of sherardising concentration field

ABSTRACT

Sherardising is a surface protection method for obtaining an Fe-Zn coating on a steel surface by thermal diffusion. This paper proposes a model to study the sherardising diffusion process of low carbon steel. The diffusion mathematical model of the zinc coating element is established by the finite element method, which simulates the changes of zinc concentration field with temperature and time in the sherardising process. In the experimental work the sherardised samples were prepared for 2, 6 and 10?h at 375°C and 2, 6 and 8?h at 405°C and 420°C. Each phase’s thickness and the zinc concentration of the sherardising layer were measured by scanning electron microscopy and energy dispersive spectrometry respectively. The results show that the accuracy of the finite element method is verified by the consistency between the simulation results and the experimental results. This model can effectively guide the sherardising process to achieve optimum results.     

部分硬化45Cr4NiMoV钢轴类件淬回火过程中残余应力的仿真及验证

以两个直径为600 mm,长度为1800 mm的45Cr4NiMoV圆柱形试验件为研究对象,对其进行了部分硬化淬回火热处理,在其中一个试验件上进行敷偶测温及宏观金相检测实验,在另一个试验件上应用Sachs法进行残余应力的测量;建立了试验件淬回火过程中的温度、组织、应力演变模型,并验证了模型的准确性.研究了部分硬化大截面...     

焊接残余应力对接头尘化腐蚀影响的有限元模拟

金属尘化腐蚀是发生在含碳气氛中的一种高温腐蚀现象,碳在金属基体中的扩散是其过程的第一步.文中开发了碳扩散的耦合计算程序,进行了加热炉炉管焊态和工况温度状态下焊接残余应力对碳扩散影响的数值模拟,并与无应力状态下的碳扩散情况进行了比较.结果表明,在热影响区附近焊接残余应力梯度最大,对碳扩散的影响也最大,并且形成一个碳浓度峰值,在峰值两侧则会形成相应的碳浓度低谷,这是碳向高应力梯度区扩散所致.经过升温至工况温度后,残余应力得到松弛,对碳扩散的影响有所降低,可以延缓炉管的损坏时间.但由于残余应力的影响仍然存在,因此在炉管检修期间要注意焊接接头附近的尘化腐蚀情况.     

管材弯曲有限元仿真分析及试验研究

利用有限元仿真分析方法对管材弯曲成形过程进行数值模拟,指出了弯曲过程中开裂、起皱、截面畸变等缺陷,分析了弯曲区域内管材壁厚变化规律.在此基础上进行工艺试验,并对试验后管材壁厚进行分析.试验结果与仿真分析结果吻合良好,两者均表明,弯曲过程中,弯角外侧管壁肇厚减薄,弯角内侧管壁壁厚增加,最大减薄和最大增厚均处于弯角中间部位.管材弯曲过程中,弯角外侧平均壁厚应变ε_t随着相对弯曲半径R/to的增大而减小;当R/to过小时,管壁外侧会过渡减薄,甚至破裂.     

喷熔修形后的焊接接头残余应力有限元分析

采用Ni60合金粉末对Q235B钢焊态十字接头进行了氧—乙炔火焰喷熔处理,同时进行了高频疲劳试验.分析认为喷熔修形改善了焊接接头的几何外形.喷熔修形态十字接头在2×106循环周次下的疲劳强度比原始焊态提高了64.5%.基于氧—乙炔火焰喷熔工艺参数,采用ANSYS12.0软件对喷熔过程进行了热-应力耦合的有限元模拟,分析...