内高压成形过程塑性失稳起皱分析

内高压成形过程中,管材的轴向失稳大多发生在塑性阶段,对应的起皱临界载荷是管材进入塑性阶段时的屈服载荷与塑性起皱载荷之和.对于塑性起皱,采用线性硬化材料模型,将本构方程的起算点设置在理想线性强化的起始位置即屈服点,使本构方程有线性形式,建立管材内高压成形起皱临界应力解析表达式.以此为基础讨论力学性能及应力比等对管材内高压成形塑性起皱的影响.结果表明:弹性模量和屈服强度是影响管材抵抗轴向起皱能力的主要力学参数,两者变化参量(决定了管材轴向抗皱能力的变化.当(λ>0时,起皱临界应力绝对值随之增大;当(λ<0时,起皱临界应力绝对值随之减小.应力比对起皱临界应力影响存在两种情况:当最小起皱临界应力对应的起皱失稳发生在颈缩失稳之前,起皱临界应力绝对值随应力比绝对值的增大先减小后增大;当最小起皱临界应力对应的起皱失稳发生于临界颈缩失稳之时,起皱临界应力绝对值随应力比绝对值的增大单调增加.     

用微型杯突试验法测试超高强度铝合金强度

采用微型杯突试验法测定了超高强度铝合金7150-T7751的抗拉强度,并分析了微试样取样方向、厚度和加载速率对试验结果的影响.结果表明:超高强度铝合金7150-T7751微型杯突试验结果与常规单轴拉伸试验结果之间具有良好的线性关系;无论何种取样方向,最大载荷随试样厚度的增大而线性增大;在试验加载速率范围内,加载速率对试验结果的影响不明显,但综合考虑可确定试验的最佳加载速率为0.35 mm·min-1.     

基于数值模拟的弹性—蠕变双材料界面应力分析

利用ABAQUS大型有限元程序,对比分析线弹性和蠕变两种情况下Silicon/epoxy弹性-蠕变双材料界面应力分布问题.分析结果表明,界面边缘处存在严重的剪应力和剥离应力集中;边缘对齐结构的界面剪应力和剥离应力集中要小于边缘不对齐的情况;随着基体厚度增大,界面剪应力和剥离应力均减小;当基体与薄膜的厚度比增大到临界值时,剥离应力将反向,此时剥离应力的绝对值随着厚度比的增大而增大;蠕变会导致界面边缘附近剪应力和剥离应力松弛,且薄膜的蠕变指数和系数越大,蠕变松弛效应越明显,随时间增大,边缘附近界面上的应力逐渐趋近于零.     

复合材料板与金属板榫槽粘接结合有限元分析

榫槽连接是航空结构中常用的一种连接形式。通过对金属板和复合材料板的榫槽粘接部位进行有限元计算，分析简单拉力作用下连接部位的应力分布以及金属板和复合材料板尺寸对最大等效应力的影响。通过比较发现，在所考察范围内榫槽长度、粘接层厚度和板宽度等因素对模型等效应力的影响并不十分显著，而两种材料板之间的相对厚度对最大等效应力影响较大，随着金属板厚度的增大，整个榫槽连接结构的最大等效应力有所减小。     

半钢轮胎活络模具弓型座疲劳寿命分析

弓型座是轮胎活络模具关键零件。本文基于CAE及疲劳分析软件对其进行应力、位移与疲劳寿命分析。结果表明最大等效应力出现在弓型座内表面,竖直方向最大位移量位于弓型座悬臂部分且小于其悬臂下侧与花纹块上侧之间设计间隙,最大等效应力与竖直方向最大位移量均随其悬臂厚度增加而减小。最低疲劳寿命出现位置与最大等效应力出现位置相同,同种材料制造的弓型座,疲劳寿命随其厚度增加而增大;厚度相同时,40Cr制造的弓型座比QT450-10制造的弓型座疲劳寿命要长。     

6066铝合金热挤压变形行为研究

采用有限元技术模拟了6066铝合金热挤压过程,系统分析了挤压比和摩擦系数对铝合金变形区的流动行为、应变分布及挤压载荷的影响,并通过实验研究了挤压参数对铝合金的组织及力学性能的影响。结果表明:挤压比对材料变形区的应变的影响较大,随挤压比的增大,材料的塑性应变很快增大,晶粒细化越明显,合金的抗拉强度和延伸率也显著提高。随摩擦系数的增大,材料的塑性应变及挤压载荷越大,应变分布的均匀性变差。     

超声振动辅助气体介质电火花加工研究

简述了超声振动辅助气体介质电火花加工原理，并设计开发了相应的实验机床。实验结果表明：工具电极做超声振动时的材料去除率比工件做超声振动时的材料去除率要小；材料去除率随峰值电压、峰值电流、脉冲宽度、气体介质压力的增大而增大，随脉间宽度、工具电极壁厚的增大而减小。简述了超声振动辅助气体介质电火花加工材料蚀除机理。     

悬臂式柔性支撑柱面气膜密封力学性能研究

基于三维SolidWorks软件建立柱面气膜悬臂式柔性支撑结构模型,分析柔性支撑结构对柱面气膜密封结构稳定性的影响;采用单向流固耦合的仿真方法,研究悬臂支撑板厚度、支撑结构材料、悬臂支撑数量,以及气膜操作参数转速和压差,对悬臂式柔性支撑结构和浮环的最大变形、最大应力应变有影响。结果表明：随悬臂支撑板厚度增大,平均变形量和平均等效应力减小;随悬臂支撑板数量增加,最大变形量逐渐减小,最大等效应力先增大后减小;研究的铝合金、铍青铜、不锈钢及钛合金4种悬臂支撑板中,不锈钢材料悬臂支撑板的最大变形量最小,承受的最大等效应力最大;随着转速和压差的增加,悬臂支撑板最大变形量以及最大等效应力均逐渐增加。在研究范围内,柔性支撑结构可以减小浮环的变形量,浮环变形量小于最小气膜厚度,保证了密封结构稳定运行。     

6061铝合金薄板焊接应力与焊接变形

研究了6061铝合金薄板TIG焊焊接应力、焊接变形与焊接电流、焊接电压和板材尺寸的关系.随着焊接线能量的增加,铝合金的纵向和横向收缩变形增加;随着板的长度的增加,由于约束增加,板的纵向残余变形减少,厚度方向的抗弯增大,横向变形增大.板焊后,焊缝处受拉应力,而紧靠焊缝的母材处却受压应力,其余部分受拉应力且焊接线能量越大,残余应力越大.     

高速铣削7050-T7451铝合金表面粗糙度研究

高速铣削广泛用于航空铝合金材料的加工,以7050-T7451铝合金材料为试验对象,运用正交试验方法分析研究了铣削该铝合金材料时,切削速度、切削深度、切削宽度和每齿进给量4个因素对表面粗糙度的影响规律,并通过多元非线性回归分析得出表面粗糙度的经验公式.研究结果表明:加工表面呈交叉织网状形貌,表面粗糙度随每齿进给量和铣削深度的增大而增大,随切削速度的增大而减小,切宽对铝合金表面粗糙度的影响不明显.铣削参数对表面粗糙度的影响显著性依次为:每齿进给量fz切削速度v轴向切削深度ap径向切削宽度ae.     

电极形状对铝-钢点焊接头组织及力学性能的影响*

研究6061-T6铝合金-SUS301L不锈钢异种金属电阻点焊接头的微观组织特点及电极形状的影响规律。结果表明,铝-钢点焊接头具有熔-钎焊特征,铝合金熔核由α-Al胞状晶、胞状树枝晶和树枝晶组成,铝/钢界面层具有双层结构,靠近铝熔核侧主要为细针状Fe₄Al₁₃,靠近不锈钢侧主要为Fe₂Al₅金属间化合物,接头主要为界面断裂模式,铝/钢界面是点焊接头最薄弱的区域。电极形状对铝合金-不锈钢点焊接头具有明显的影响。获得的优化电极形状为：不锈钢侧为圆形平面电极,电极端面直径为10 mm;铝合金侧为球面电极,球面半径为35 mm。在优化电极条件下,铝合金-不锈钢点焊接头的熔核直径、拉剪力及压痕率分别为7.5 mm、4.7 kN和13.5%。与采用F型电极相比,其熔核直径和拉剪力分别提高53.1%和56.7%,压痕率降低47.3%。因此,采用优化电极更有利于改善铝合金-不锈钢电阻点焊接头的力学性能及表面质量。     

不锈钢外板对5A06铝合金板材液压胀形行为的影响

薄壁曲面铝合金零件整体液压成形时,易发生起皱和破裂缺陷,探讨通过施加外层板能抑制缺陷发生的机理。采用5A06铝合金内层板材和1Cr18Ni9Ti不锈钢外层板材,对双层板液压胀形行为进行研究。通过塑性理论分析板材液压胀形屈服半径,讨论经向摩擦力及法向压力对板材应力大小的影响;利用数值模拟给出内层板的应力、应变分布;通过双层板液压胀形试验,对比单层板和双层板条件下,铝合金内层板极限胀形高度、极限应变,分析双层板的变形协调性。结果表明:通过施加不锈钢外层板,减小了5A06铝合金内层板顶部位置面内的双向拉应力,减小了内层板变形区应力、应变梯度,使胀形变形更加均匀,胀形高度提高32%,顶部极限应变提高51.7%,极限应变显著提高。     

Q235覆管对AA5052铝合金基管颗粒介质胀形行为的影响

采用AA5052铝合金挤压管作内层基管、Q235碳素结构钢卷焊管作外层覆管的钢铝复合管对复合管颗粒介质胀形行为进行研究。通过塑性理论分析胀形过程中管间切向摩擦力及法向压力对基管应力大小的影响;利用数值模拟分析管间摩擦因数和覆管各向异性对基管的应变成形极限的综合影响,并给出单管、复合管胀形时的壁厚减薄情况和基管的应力、应变分布;通过管材颗粒介质内高压胀形试验,对比单管和复合管胀形条件下铝合金管的极限胀形比,分析复合管的变形协调性。结果表明：通过施加Q235碳素结构钢覆管,减小了AA5052基管胀形区中间截面处的双向拉应力,基管胀形区壁厚减薄变小,胀形比提高了22%,复合管下基管最大减薄率为17.5 %,成形性能显著提高。     

Analysis of asymmetrical clad sheet rolling by stream function method

A mathematical model for asymmetrical clad sheet rolling is proposed by using the stream function method and the upper bound theorem to investigate the plastic deformation behaviour of sheets at the roll-gap. The curvature and thickness ratio of the rolled product and rolling power, effected by various rolling conditions such as roll speed ratio, roll radius ratio, initial thickness ratio and flow stress ratio of sheets, total thickness reduction, etc., are systematically discussed. Furthermore, experiments on asymmetrical clad sheet rolling are also conducted by employing aluminum, copper, and mild steel as layers of clad sheets. It is found that the theoretical predictions of the thickness ratio of the rolled products, rolling force, and rolling power are in good agreement with the experimental measurements. Through the study, it becomes clear that the proposed analytical method is applicable to simulate the asymmetrical clad sheet rolling processes and is able to offer useful knowledge in manufacturing clad sheets.     

不同模具组合对0Cr21Ni6Mn9N不锈钢管数控弯曲成形质量的影响

采用有限元法研究了不同模具组合下0Cr21Ni6Mn9N不锈钢管数控弯曲应力应变分布、壁厚变化和截面畸变规律。研究结果表明：在弯曲模、夹块和压块组成的基本模块的基础上,添加防皱块会导致等效应力、切向拉应力和切向拉应变增加,而切向压应力、等效应变和切向压应变减小;添加芯棒会导致切向应力和等效应变减小,而等效应力和切向应变增大;同时添加防皱块和芯棒则会导致等效应力、切向应力和切向应变增大,而等效应变减小。添加防皱块会导致弯管截面畸变率增大,但对壁厚变化率影响不大;添加芯棒能够有效抑制弯管截面畸变,且壁厚减薄率仅为9.0%~9.15%,远小于15%的航空标准。综合考虑0Cr21Ni6Mn9N不锈钢管数控弯曲成形质量和生产成本,可确定出最优的模具组合为弯曲模+压块+夹块+芯棒。     

Microstructure and mechanical properties of similar and dissimilar stainless steel electron beam and friction welds

Microstructure and mechanical properties of similar and dissimilar welds of austenitic stainless steel (AISI 304), ferritic stainless steel (AISI 430), and duplex stainless steel (AISI 2205) have been studied. Welding processes electron beam welding and friction welding were used. Optical, scanning electron microscopy, and electron probe microscopy were carried out to study the microstructural changes. Residual stress, hardness, tensile strength, and impact toughness testing were conducted to study mechanical behavior. Dissimilar metal electron beam welds of austenitic–ferritic, ferritic–duplex, and austenitic–duplex stainless steel welds contained coarse grains, which are predominantly equiaxed on austenitic, duplex stainless steel side, and they are columnar on the ferritic stainless steel side. Diffusion of elements was significant in electron beam welding and insignificant in friction welds. Austenitic–ferritic stainless steel exhibited tensile residual stress on the ferritic stainless steel side adjacent to the interface, compressive stresses on the austenitic stainless steel side that matches with the delta ferrite microstructure observed in this region. High compressive stresses were noted on duplex stainless steel side interface compared to austenitic stainless side interface. The highest tensile strength was observed in duplex–austenitic stainless steel joints. The impact strength and notch tensile strength of electron beam weldments are higher than the friction weldments. All electron beam and friction welds showed toughness lower than parent metals.     

Q235/AA5052复合凸环管颗粒介质胀形工艺研究

钢/铝复合管内衬的AA5052挤压铝管成形性能极差,室温下难以与外覆钢管协调变形至目标管件的形状要求。基于此,提出了挤压铝管退火处理、复合装配、颗粒介质胀形的工艺流程,使复合管胀形比达到1.40,成功制备了厚径比为3/102的复合凸环管件,最大减薄率不超过20%,满足产品技术要求。试验研究表明,AA5052挤压管材采取加热440℃保温60min的退火处理后成形性能最优,延伸率提高了3倍以上;复合管胀形过程中的壁厚分布规律与管层间摩擦因数相关,降低管层间摩擦作用能够抑制内衬铝管减薄,有利于复合管胀形极限的提高。颗粒介质胀形工艺对胀形管坯的尺寸精度要求较低,可采用通用设备和简便的模具装置实现成形工艺。     

Interfacial Morphology and Bonding Mechanism of Explosive Weld Joints

Interfacial structure greatly affects the mechanical properties of laminated plates.However,the critical material properties that impact the interfacial morphology,appearance,and associated bonding mechanism of explosive welded plates are still unknown.In this paper,the same base plate(AZ31B alloy)and different flyer metals(aluminum alloy,copper,and stainless steel)were used to investigate interfacial morphology and structure.SEM and TEM results showed that typical sine wave,wave-like,and half-wave-like interfaces were found at the bonding interfaces of Al/Mg,Cu/Mg and SS/Mg clad plates,respectively.The different interfacial morphologies were mainly due to the differences in hardness and yield strength between the flyer and base metals.The results of the microstructural distribution at the bonding interface indicated metallurgical bonding,instead of the commonly believed solid-state bonding,in the explosive welded clad plate.In addition,the shear strength of the bonding interface of the explosive welded Al/Mg,Cu/Mg and SS/Mg clad plates can reach up to 201.2 MPa,147.8 MPa,and 128.4 MPa,respectively.The proposed research provides the design basis for laminated composite metal plates fabrication by explosive welding technology.     

304不锈钢薄壁焊管表面残余拉应力的测定及消除

利用X射线应力测定仪采用不同的条件分别测定了304不锈钢薄壁焊管的表面轴向和切向残余应力,并研究了950℃保温30min水冷热处理前后其表面残余应力的变化。结果表明:采用铬靶Kβ辐射、2mm准直管测得的残余应力数据稳定且绝对误差小;热处理前薄壁焊管表面存在较大的残余拉应力,且焊管表面切向残余应力大于轴向残余应力;热处理后,表面拉应力变为压应力。