残余应力场

摘要： 目的 探索强化研磨不同工艺参数下定点喷射对GCr15轴承钢残余应力场的影响规律。方法 采用图像处理技术分析了不同工艺参数下强化研磨定点喷射表面覆盖率的分布特征。采用二维正态分布函数描述强化研磨定点喷射下钢珠的分布特征,运用Python/Opencv确定了在不同工艺参数下有限元模型所需的钢珠数量,基于Abaqus/Python构建出强化研磨正态分布有限元模型。运用所建立的正态分布模型分析不同喷射速度、钢珠直径及覆盖率对残余应力场的影响。结果 当喷射速度从45 m/s增加到70 m/s时,表面残余压应力从-683.5 MPa增加到-902.4 MPa,最大残余压应力从-981.6 MPa增加到-1330.6 MPa,残余压力层厚度从89μm增加到151μm,最大残余压应力深度从30μm移动到70μm。当钢珠直径从0.4 mm增加到1.0 mm时,表面残余压应力先增大后减小,最大残余压应力从-1063.5MPa增加到-1240.7MPa,最大残余压应力深度从30μm增加到60μm,残余压应力层厚度从103μm增加到147μm,其中钢珠直径从0.8 mm增加到1.0mm,最大残余压应力保持不变。当喷射覆盖率从100%到300%时,表面残余压应力、最大残余压应力及最大残余压应力深度略有增加,残余压应力层厚度几乎保持不变。将正态分布模型、随机分布模型仿真值与实验值进行比较,发现三者的表面残余压应力、最大残余压应力深度及残余压应力厚度几乎一致,最大残余压应力随机分布模型的仿真值比实验值高32.1%,正态分布模型的仿真值比实验值高18.9%。结论 强化研磨正态分布有限元模型能够较为准确地预测残余应力变化过程,能够为强化研磨工艺参数优化提供一定的指导。

摘要： 采用不同激光/电弧能量配比(QR_(LA))对8 mm厚Q345钢板进行激光-MIG(metal inertgas,MIG)复合焊接,研究了QR_(LA)对复合焊接头的截面形貌和显微组织的影响,并分析了不同QR_(LA)下焊接过程的温度场和接头残余应力分布的变化规律。结果表明,随着QR_(LA)增大,熔宽显著下降,焊接过程的最高温度略有升高。因焊速较快,粗晶热影响区出现了较多的马氏体,且马氏体数量随着QR_(LA)增大而略有增加。QR_(LA)在0.72~1.0范围时,等效残余应力、纵向残余应力、横向残余应力和厚度方向残余应力峰值随着激光功率增加均出现下降趋势。但QR_(LA)从1.0上升至1.18时,各应力的峰值随着激光功率增加而有所上升。

摘要： 以大型通用有限元软件ABAQUS作为模拟分析工具,基于施加在DFLUX子程序中的双椭球热源模型,采用间接耦合方式和“生死单元”算法,模拟X90M钢板内、外三丝直缝埋弧焊接过程,获得了相应的焊接温度场及残余应力场。结果表明:内、外多丝直缝埋弧焊接在焊接工艺参数一定的条件下,每丝的起始焊接时间(或焊丝间距)决定是否形成共同熔池;多丝共熔池焊接因多热源温度场叠加作用剧烈,熔池峰值温度高于多丝单熔池焊接时的,较高的焊接温度场使得焊接过程中能够较为充分地进行冶金反应,且有效降低焊接接头及其附近的冷却速度,使得多丝共熔池焊接形成的焊接接头的焊后残余应力也相对较小。在兼顾质量和生产效率的前提下,X90M多丝直缝埋弧焊接生产实践推荐采用多丝共熔池焊接工艺。

摘要： 建立顺序耦合的热力学模型,分析了焊速和搭接量对铝-镁异种合金搅拌摩擦搭接焊(FSLW)温度场及残余应力场分布规律的影响。结果表明:垂直于焊缝表面的残余应力呈M型分布,与对接方式分布规律相同,而夹层处的残余应力呈单峰分布;夹层与上侧板温差较小,与下侧板温差达到68°C;随着搭接量的增大,峰值温度和夹层处的残余应力降低;随着焊速的增大,峰值温度降低,夹层处的残余应力明显增大。数值模拟计算的残余应力分布规律与试验测得的数据基本吻合。

摘要： 目的探究激光冲击强化技术对2024铝合金叶片振动性能的影响,并探寻最理想的冲击参数。方法运用Johnson-Cook动态塑性本构模型模拟激光冲击选区强化过程,对强化后的2024航空铝合金叶片的振动特性进行分析。将2024铝合金在激光冲击强化过程中产生的残余应力场和梯度密度分布导入模型,量化激光冲击强化对2024铝合金叶片振动特性的提高效果,研究激光冲击参数对叶片振动响应的影响规律。结果激光冲击强化产生的残余压应力场并非均匀分布在表面,而是只存在于冲击区域,冲击区域外为拉应力。其中,最大残余压应力为273.5 MPa。选取第六阶振型为目标振型,在同样冲击工况下,模拟和实验结果吻合较好。在模型中引入激光冲击强化产生的残余应力与梯度密度结构会使2024铝合金叶片的振动特性发生改变,其中,残余应力对振动特性影响更为显著。结论激光冲击强化工艺调控分析表明,采用较大圆形光斑,施加较大功率密度冲击模型中部,可获得最显著的振动特性改善效果。最适合的激光冲击强化参数可将振动特征频率降低118.87 Hz,将振幅降低94.37%。

摘要： 目的研究喷丸(SP)及表面超声滚压(USRP)强化后摩擦系数、残余应力场及塑性应变场对TC4合金微动磨损性能的影响。方法分别对TC4合金表面进行SP及USRP强化处理,通过试验测得强化前后的表面粗糙度、残余应力以及显微硬度。基于改进的Archard磨损方程,在ABAQUS有限元软件中建立微动磨损的二维柱面/平面接触模型,借助ABAQUS中的子程序SIGINI和HARDINI分别将残余应力场、塑性应变场引入到表征微动磨损的UMESHMOTION子程序中,从而探究表面强化后摩擦系数、残余应力场以及塑性应变场对平面微动磨损性能的影响。结果原试样经SP强化后,表面粗糙度增加,而经USRP强化后,表面粗糙度得以改善。经SP和USRP强化后,试样的显微硬度分别为原试样的1.28倍和1.23倍。TC4合金经USRP处理后,最大残余应力为–550 MPa,而SP处理后为–380 MPa。引入残余应力场后,试样的磨损深度明显减少,相比原试样,USRP、SP试样的磨损深度分别降低15%、10%。引入塑性应变场后,TC4合金的磨损深度降低了约6%。结论相同载荷条件下,摩擦系数越大,磨损越严重。磨损轮廓会随着摩擦系数的增大而逐渐往外侧偏移,接触中心区域的磨损深度也随着摩擦系数的增大而越来越深。塑性形变行为会随着摩擦系数的增加而变得明显,且最终会使得塑性变形的区域变得越来越大。引入残余应力场和塑性应变场后,磨损量均会减小,残余应力的影响更为显著。通过微动疲劳试验发现,加入微动磨损作用后,试样寿命显著降低,USRP试样的抗磨损性能最显著。

摘要： 为提高PH13-8Mo不锈钢的旋转弯曲疲劳寿命,针对H510、H540和H550 3种热处理状态,分别对未喷丸、一次喷丸及复合喷丸的试样表面形貌、表面粗糙度及疲劳寿命等进行测试。结果表明:与一次喷丸相比,H540和H550状态的复合喷丸的疲劳增益效果显著优于H510状态。在σ_(max)=800 MPa,R=-1条件下,H510、H540和H550状态Kt=1旋转弯曲疲劳寿命分别提高0.3倍、1.4倍和1.4倍。与一次喷丸相比,Kt=2复合喷丸增益效果显著优于Kt=1。在σ_(max)=550 MPa,R=-1条件下,Kt=2旋转弯曲疲劳寿命提高了5.5倍。对PH13-8Mo钢采用喷丸强化可延长其疲劳寿命。相对未喷丸的试样,喷丸强化的Kt=1旋转弯曲疲劳寿命至少延长1个数量级。复合喷丸强化试样的表面粗糙度、表面形貌、残余应力场以及旋转弯曲疲劳寿命均优于一次喷丸。

摘要： 应力函数法可基于有限测点的实测结果重构出构件的全场残余应力,但其应力函数往往难以确定,且不易通过同一应力函数同时重构出多个残余应力分量的分布.针对上述不足,发展了一种利用通用应力函数同时重构多个残余应力分量场的方法.该方法构造双元傅里叶函数作为艾瑞应力函数,使用判定系数确定模型阶数,并根据实测散点值优化确定应力函数中的未知参数.最后利用模拟三点弯实验的残余应力场验证了该方法的准确性,并将其应用于真实铝合金板的残余应力场重构.结果表明,该方法能同时重构多个应力分量,且重构残余应力场具有较高的精度.

摘要： 喷丸强化处理工艺可以显著提高金属材料的抗疲劳和抗应力腐蚀等性能,这与喷丸后在金属表面层形成的残余应力场紧密相关,因此对喷丸残余应力的大小及分布进行预测具有重要意义.对近年国内外喷丸残余应力场的有限元模拟进行评述,总结出6种典型的残余应力分析模型,分别是二维轴对称模型、四对称面模型、三对称面模型、双对称面模型、单对称面模型和无对称边界条件的有限元模型,比较了不同模型的特点及应用现状.介绍了当前几种新的残余应力分析有限元模型:随机三维模型和周期性边界条件模型,根据其原理和特点认为其本质是无对称边界条件模型和对称边界条件有限元模型的延伸.针对空化水喷丸、激光喷丸和超声波喷丸等新工艺,新喷丸过程的数值模拟一般是以机械喷丸工艺的数值模拟方法为基础进行改进,主要采用弹丸撞击法和等效载荷法.对未来喷丸残余应力数值模拟研究进行了展望,认为从组织强化角度深入研究喷丸强化机理、建立更符合实际喷丸工艺的有限元模型、开发新算法以及将有限元法和离散元法进行结合是值得关注的研究方向.

摘要： 高速列车车轴表面的缺陷会给列车的安全运行带来隐患.据统计,冲击压痕与划痕在车轴表面缺陷中占据了较大比例.为研究冲击压痕与划痕对车轴的疲劳极限造成的影响,采用有限元仿真与疲劳试验相结合的方法.首先借助Abaqus有限元软件,分析预制缺陷后形成的残余应力场及施加外载荷后产生的叠加应力场,查看仿真结果中的高应力区域与试验中的裂纹源位置的吻合程度;随后根据试验结果拟合疲劳S-N曲线,分析各缺陷对车轴疲劳极限的影响,并采用残差平方和分析各缺陷在试样破坏过程中的影响权重;最后根据试样的试验结果预测全尺寸车轴疲劳极限.研究发现,相同条件下划痕对车轴的疲劳极限影响更大;若轴身表面出现类似缺陷,会威胁到列车的运行安全.

摘要： 由于超声滚压属于高度非线性接触问题,其表层残余应力与滚压力、接触属性、超声振动参数、以及材料特性等因素密切相关,纯粹采用理论建模进行研究的难度很大,而若想对所有相关因素开展实验分析,费时费力且成本很高,因此,本文建立超声滚压零件表层残余应力场的有限元模型,探究振动次数、工具头尺寸、滚压参数及振动参数对超声滚压残余应力场的影响,并通过实验对部分数据加以验证.

摘要： 根据搅拌摩擦焊特点及库仑摩擦做功理论,以厚度为6mm的7075铝合金(供货状态:T6)板材为研究对象,基于ANSYS有限元分析平台,建立了搅拌摩擦焊双热源三维有限元模型,研究搅拌头尺寸对温度场及残余应力场的影响规律.研究结果表明:纵向残余应力分布呈M形,最大值出现在轴肩边缘处;搅拌针长度一定时,随着轴肩半径增大,峰值温度升高,残余应力峰值增大,且高应力范围变宽;轴肩半径一定时,随着搅拌针长度增大,峰值温度升高,纵向残余应力值增大,焊件底部残余应力差值明显大于焊件上表面的应力差值.与搅拌针长度相比,轴肩尺寸对峰值温度和残余应力影响显著.

摘要： 对多维焊接残余应力场分布进行了测试研究.结果表明,多维残余应力场分布同多道焊的顺序,工艺等均有关系,相互之间应力的强弱直接决定着多维残余应力场的分布,焊缝部位残余应力最大,距离多维焊缝25mm以上拉应力迅速降低接近于0MPa,50mm以上基本上均为残余压应力,多维焊接残余应力场分布中拉应力分布面积有限,且拉应力随着距焊缝距离的增加,衰减迅速,试样端部残余应力均小于内部焊缝处残余应力,主焊缝或最后1道焊在消除残余应力时,应作为主要部位予以重点关注.

摘要： 数值模拟是预测激光冲击强化处理后材料的残余应力场、合理优化冲击参数非常有效的方法.建立模拟激光冲击残余应力场的非线性弹塑性有限元模型,预测TC4钛合金厚、薄靶材经激光冲击后表面以及内部的残余应力场分布.模拟过程中,对材料本构模型、冲击波压力及加载、网格划分等关键问题进行了处理,同时分析了激光功率密度、激光脉冲宽度、激光光斑尺寸、激光冲击次数对厚靶材以及约束条件、双面冲击方式对薄靶材残余应力分布的影响,为激光冲击强化在构件上的应用提供依据.

摘要： 直缝焊管焊接过程中产生的焊接应力、变形影响焊管的使用性能和寿命.本文应用大型通用软件ABAQUS,基于双椭球热源模型,利用"生死单元"技术,模拟了直缝焊管多丝埋弧焊的内外焊接过程,描述了准稳态温度场和残余应力场计算数值以及在整个管体上的分布情况.结果表明,在焊接过程中焊缝附近温度梯度很大,在远离焊缝的地方温度梯度渐渐趋于平缓;随着热源的移动,温度中心也随之移动,最高温度可达母材的熔点.焊后残余应力主要分布在焊缝附近,管体在其他部位应力很小,最大残余应力为528MPa.纵向残余应力在焊缝及热影响区表现为拉应力,并且最大值位于焊缝长度中心截面上;纵向残余应力在圆周上表现出拉应力并伴有逐渐变小的趋势.

摘要： 残余应力场中应力强度因子计算的准确性是保证焊接结构裂纹扩展分析精度的基础。通常应力强度因子可通过有限元方法和权函数方法进行计算,但应用有限元计算残余应力引起的应力强度因子时,会表现出一定的特殊性。本文将位移外推、J积分、VCCT等几种常用的有限元计算应力强度因子方法用于焊接残余应力场中应力强度因子的计算,对各方法进行了对比分析,建议了各种方法的适用范围和注意事项,为这些方法在焊接件裂纹扩展分析中的应用奠定了基础。

摘要： 齿轮作为关键基础件在装备制造业中无论是从产业规模还是技术含量上都占有重要地位,但长期以来存在"三大问题",其根源是成形制造,抗疲劳制造技术是新一代的先进制造技术,通过控制齿轮构件的表面完整性和表面变质层可大幅度地提高齿轮的疲劳强度,进而将齿轮提升到极限寿命、极限可靠和极限减重,具有重大科学意义和价值.齿轮的精密热处理是齿轮抗疲劳制造技术体系中的关键基础技术之一,是一种新的思路,优化控制表面变质层的硬度场、残余应力场、组织结构及减小热处理畸变,将成为齿轮精密热处理的主要任务.本文从渗碳、渗氮、感应淬火等几种常用的工艺方面阐述了齿轮精密热处理表面硬化的关键技术的特征,齿轮抗疲劳精密热处理的发展趋势是"超硬化"、"深层化"、"复合化"、"真空离子化"等.

摘要： 以筒体直径为114mm的三元催化器筒段环缝为研究对象,根据三元催化器实际设计结构,运用MSC.marc软件对三元催化器筒体与上、下盖环缝焊接进行有限元模拟分析,分别采用1000,2000,3000,4000W热输入功率模拟计算,得到了焊接过程的温度场分布及最终残余应力场分布,结果表明,随着热输入功率增大,残余应力场面积也随之增大,在热输入功率为1000W时,2个结构的最大残余应力分别为290MPa和285MPa.在筒体弯曲部分出现了很大的变形,主要原因是筒体材料使用的是409不锈钢,该不锈钢在室温下屈服强度为240MPa,焊接残余应力太大,引起弯曲位置变形较大.根据焊接模拟结果,本次模拟为实际焊接夹具设计和焊接工艺参数的制订提供了理论指导.

摘要： 依据热弹塑性理论,建立了中厚板机器人多层多道焊三维热力学有限元模型.利用ABAQUS有限元分析软件对中厚板机器人横焊接头残余应力场进行了模拟计算,并对其分布特征进行了分析.分析结果表明,接头表面的纵向残余应力在焊缝区域内表现为拉应力,在远离焊缝的母材区域内表现为压应力,且开坡口一侧母材区域的残余压应力值高于未开坡口侧;对于横向残余应力,接头表面表现为拉应力,且焊缝区域附近拉应力较高,焊趾处出现应力峰值.对于接头横截面,沿板厚方向上,焊缝区表现为拉应力;沿板宽方向上,近焊缝上下表面区均为拉应力,焊缝中心区域则表现为压应力.将模拟结果与盲孔法测试结果进行对比,两者较吻合.

摘要： 为了提高粉末Udimet720Li合金涡轮盘的疲劳抗力,研究了喷丸强化对粉末Udimet720Li合金试样疲劳寿命的影响,并采用白光干涉仪、X射线应力测量仪、显微硬度计及透射电镜等仪器对表面完整性进行分析,探讨了表面强化机制.结果表明:粉末Udimet720Li合金的疲劳性能存在喷丸强度及覆盖率敏感性.喷丸后试样表面形成了一定深度的残余压应力场和硬化层,对疲劳性能的改善有益;同时由于表面粗糙度增大,局部应力集中效应逐渐显著,喷丸强化的增益效果显著下降.

摘要： 本发明涉及一种引入残余应力的CT试样应力场及裂纹扩展分析方法，本发明采用ABAQUS有限元分析软件建立CT试样有限元模型，通过直接赋值法和文件输入数值法赋予CT试样初始应力，并应用云图积分及扩展有限元技术对CT试样进行应力强度因子的计算和裂纹扩展的有限元模拟分析。本发明充分考虑不同的应力情况对裂纹扩展趋势的影响，得到了一种较为精确的计算引入残余应力的高温合金CT试样裂纹尖端应力强度因子和预测裂纹扩展规律的有限元模型，有效地预测了应力对裂纹扩展趋势的影响，该模拟方法能够广泛应用于航空航天领域，为预测残余应力及预处理对裂纹扩展行为的研究提供了一种新思路。

摘要： 本发明涉及一种引入残余应力的CT试样应力场及裂纹扩展分析方法，本发明采用ABAQUS有限元分析软件建立CT试样有限元模型，通过直接赋值法和文件输入数值法赋予CT试样初始应力，并应用云图积分及扩展有限元技术对CT试样进行应力强度因子的计算和裂纹扩展的有限元模拟分析。本发明充分考虑不同的应力情况对裂纹扩展趋势的影响，得到了一种较为精确的计算引入残余应力的高温合金CT试样裂纹尖端应力强度因子和预测裂纹扩展规律的有限元模型，有效地预测了应力对裂纹扩展趋势的影响，该模拟方法能够广泛应用于航空航天领域，为预测残余应力及预处理对裂纹扩展行为的研究提供了一种新思路。

摘要： 本发明公开了一种碟形薄壁构件的残余应力场建模方法，对碟形薄壁构件分别评估获取宏观尺度的材料内应力的空间分布σⅠ和微观尺度的加工残余应力的空间分布σⅡ，将宏观尺度的材料内应力的空间分布和微观尺度的加工残余应力的空间分布耦合叠加建立碟形薄壁构件耦合应力场模型σ＝σⅠ+σⅡ。本发明可分别评估宏观材料内应力和微观表层残余应力的空间分布，用于建立碟形薄壁构件耦合应力场模型，为控制零件尺寸一致性提供了充分的数据支撑。

摘要： 本发明公开一种表面强化金属部件的残余应力场数值重建方法，基于商业CAE软件，利用温度差使强化层区域产生压缩应力，对材料或部件强化层和其他区域分别设置不同的温度值，从而用于模拟各种不同表面强化工艺所产生的残余压缩应力场，并且根据实测部件残余应力数据进行调整，使其与实测数据的残余应力梯度分布相吻合，利于后续的数值仿真计算。本发明可得到较为精确的结果，通用性强，效率高，经济性好，大大简化了仿真和设计过程，便于工程应用中快速、经济地推证出符合实测数据的残余压缩应力场。

摘要： 本申请属于传感器技术领域，具体涉及一种铁磁构件三维残余应力场的磁测量传感单元、装置和方法，旨在为了解决现有残余应力磁测传感器不能测量垂直于结构件的纵向残余应力、无法得到铁磁构件的三维残余应力场的问题。本发明的磁测量传感单元包括九极磁检测传感器和横向磁场检测传感器，九极磁检测传感器包括九极磁芯、第一励磁线圈、第一检测线圈和第二检测线圈；横向磁场检测传感器包括U型磁芯和绕制于U型磁芯的第二励磁线圈和第三检测线圈。本发明的磁测量传感单元对铁磁构件表面无需任何处理，直接进行接触或非接触测量，得到待测点的三维残余应力分布，具有应用范围广、检测快、效率高等优点。

摘要： 一种基于变形力的初始残余应力场推断方法，其特征是：包括以下步骤：首先，建立零件加工过程中变形力‑初始残余应力之间的力学模型，在测量点布置力传感器，记录零件加工间隙测量点力传感器的变化得到变形力，进而利用反求方法推断零件的初始残余应力场。本发明利用了变形力是整体初始残余应力场的作用结果，实现了对零件初始残余应力场的推断，推断精度高。

摘要： 本发明公开了一种球壳类零件的残余应力场测量装置与建模方法，测量装置包括经纬仪和稳定平台；所述经纬仪用于固定球壳类零件，并在测量过程中控制零件的运动轨迹与空间位置精度，同时输出测量微区的空间坐标信息；所述稳定平台用于稳定所述球壳类零件与所述经纬仪中各测量机构，保证测量过程中隔绝外界的干扰。本发明采用经纬仪实现在测量过程中控制零件的运动轨迹与空间位置精度，同时输出测量微区的空间坐标信息，并通过应力张量映射和坐标空间变换，实现薄壁球壳类零件的三维全场应力建模，从而为零件变形分析与车削工艺优化提供完整可靠的数据支持。

摘要： 本发明涉及切削加工技术领域，具体为一种切削加工表面残余应力场梯度分布预测方法，具体步骤如下：确定切削表面残余应力场的指数衰减余弦函数系数；选择要考察的切削工艺参数，建立指数余弦衰减函数系数的回归公式系数；设计仿真试验方案，进行切削仿真试验；残余应力场表征与数据收集；求解指数余弦衰减函数系数；求解回归公式系数；模型应用。本发明通过建立有限元模型与残余应力轮廓函数模型复合的切削加工残余应力预测混合模型，在保证预测结果准确度的基础上提高了预测效率；本发明基于指数衰减余弦函数对切削加工表面残余应力场预测方法，实现了对切削表面残余应力场的快速、准确预报。

摘要： 本发明公开了一种球壳类零件的残余应力场测量装置与建模方法，测量装置包括经纬仪和稳定平台；所述经纬仪用于固定球壳类零件，并在测量过程中控制零件的运动轨迹与空间位置精度，同时输出测量微区的空间坐标信息；所述稳定平台用于稳定所述球壳类零件与所述经纬仪中各测量机构，保证测量过程中隔绝外界的干扰。本发明采用经纬仪实现在测量过程中控制零件的运动轨迹与空间位置精度，同时输出测量微区的空间坐标信息，并通过应力张量映射和坐标空间变换，实现薄壁球壳类零件的三维全场应力建模，从而为零件变形分析与车削工艺优化提供完整可靠的数据支持。

摘要： 本发明公开了一种基于磁各向异性检测残余应力场的校准方法，包括：选取两件校准用的拉伸标准试样，进行旋转退磁以及零应力处理，在检测范围内均匀选取的若干个基准应力值，使拉伸机对拉伸标准试样加载应力到达所述基准应力值，记录相关数据，根据获取的数据，计算得出应力校正系数，示值误差的最大值，检测重复度，并将应力校正系数输入到所述应力场磁各向异性检测仪进行应力系数校正。本发明提供的技术方法对磁性应力检测方法进行校准，可以显著提升仪器设备的测量准确度和测量结果的可靠性。