表面完整性对18CrNiMo7-6合金钢机械性能的影响

关键构件机械性能的影响因素有很多,如表面形貌、表面应力集中以及表面残余应力状态等。对18CrNiMo7-6合金钢同一工艺下的拉伸试样表面形貌和残余应力进行了测量,得到试样表面应力集中系数。通过拉伸试验,研究了表面形貌、应力集中系数和残余应力对18CrNiMo7-6合金钢拉伸试样机械性能的影响。试验结果表明:随着表面粗糙度、表面应力集中系数的增大,试样的屈服强度和抗拉强度降低;残余拉应力对试样的屈服强度影响不大。通过有限元ANSYS软件仿真分析,得到了拉伸试样的应力-应变曲线,仿真结果表明:残余应力并不影响材料的拉伸应力-应变曲线和机械性能。     

MMCp颗粒涂层的细观力学优化设计

两相模型曾被用来分析SiCp颗粒增强的Al基复合材料在制备（冷却）过程中的热残余应力，但该模型无法计入颗粒之间的相互作用影响．本文在其过去提出的三相模型，并利用等效介质的物理特性，给出了计入颗粒浓度影响的MMCp界而残余应力的解析解的基础上，引入界口涂层以消除热残余应力，并对颗粒涂层的厚度与选材，利用细观力学原理进行优化设计，从而大大削弱直至完全可以消除界面处热残余应力的影响。     

高速铣削淬硬H13钢表面粗糙度及残余应力实验研究

为了获得淬硬H13模具钢在高速铣削后的高质量表面,基于单因素实验设计法,采用TiAlN涂层硬质合金立铣刀对其进行高速铣削实验。通过使用NPFLEX白光干涉仪和PROTO X射线衍射仪对加工后工件表面粗糙度、表面形貌以及表面残余应力进行测试,同时分析了切削速度、每齿进给量和轴向切深对测试结果的影响规律。研究结果表明：当切削速度为150 m/min时,表面粗糙度Ra值最小;当每齿进给量为0.06 mm/z时,Ra值最佳;而当轴向切深为0.06 mm时,Ra值最大。随着切削速度的增大,表面残余压应力呈现先减小后增大再减小的变化趋势,随着每齿进给量的增加,表面残余压应力变化并不显著,而随着轴向切深的增加,表面残余压应力增大;最大表面残余压应力和最小表面粗糙度的组合并不在相同的切削参数下获得。     

磁控溅射制备Ti-O-N选择性太阳能吸收涂层

太阳能集热器是太阳能热水器的核心部件,平板集热器可以作为建筑材料与建筑完美融合,满足城市对太阳能的利用与建筑一体化的要求.本论文用中频磁控溅射技术制备用于平板集热器的Ti-O-N选择性吸收涂层.用XRD、SEM及红外反射测试研究工艺参数对吸收涂层结晶质量、形貌及反射率的影响.设置镀膜过程中气压分别为0.8Pa、1.2Pa和2.0Pa而其他参数不变,制备出不同气压条件下的Ti-O-N选择性吸收涂层,通过分析样品的表面形貌及红外反射率来研究镀膜过程中气压对涂层质量的影响.实验表明,气压越低,所镀的薄膜颗粒越致密均匀,薄膜表面越光滑,薄膜的集热效率越高,即涂层的质量越好.     

低载强化对圆柱齿轮残余应力影响的试验研究

以经过表面工艺处理的高强度齿轮单齿弯曲为例,试验研究了疲劳极限以下小载荷强化和疲劳损伤载荷对齿根残余应力的影响.结果表明,经过强化小载荷对反复锻炼后,单齿弯曲疲劳强度和疲劳寿命还能够得到强化和提高;小载荷的反复锻炼不会影响和破坏齿根表面的残余应力;疲劳极限附近的损伤载荷加载到疲劳寿命中期对齿根的残余应力没有显著影响;屈服强度附近的损伤载荷加载到疲劳寿命中期,齿根的残余应力明显衰减.     

外圆磨削18CrNiMo7-6表面完整性研究

采用CBN砂轮对渗碳钢18CrNiMo7-6进行不同工艺参数下的外圆磨削,并借助三维形貌测量系统、残余应力测试仪以及显微硬度计分别对表面粗糙度、三维表面形貌、残余应力和显微硬度进行测量,探究不同外圆磨削工艺参数对表面完整性的影响规律。研究结果表明:在以砂轮线速度v_s为单因素变量研究时,v_s=16. 89 m/s(4 300 r/min)下表面粗糙度最优;在以工件速度v_w为单因素变量研究时,v_w=11. 12 m/min (150 r/min)下表面粗糙度值最大,v_w=22. 24 m/min (300 r/min)下表面粗糙度值最小;在以磨削深度a_p为单因素变量研究时,ap=0. 02 mm下表面粗糙度最小。不同磨削工艺参数下工件表面残余应力均呈现为残余压应力,且不同砂轮线速度和工件速度下,深度方向上周向残余应力σ_x和轴向残余应力σ_y也都呈现为残余压应力,残余压应力最大值都出现在表面,之后随深度逐渐减小并趋于稳定。同时结合原始试样的残余应力梯度分布可知,外圆磨削使得工件表层的残余压应力值变大,形成了30μm左右的残余应力变质层。不同砂轮线速度以及不同工件速度下的显微硬度梯度分布均呈现的是先下降后稳定的趋势,且结合原始试样的硬度梯度分布可知,磨削工艺使工件表层形成了约30～60μm的硬化层,显微硬度相对于原始试样有明显的提升。并采用单颗磨粒进行磨削仿真,获得了较为可靠的残余应力梯度分布,与试验结果相比整体趋势一致,具有一定的实际意义。     

刚性圆柱形平压头作用下的梯度夹层界面应力场

本文主要研究均匀涂层-功能梯度材料界面层-均匀半空间三层结构模型中均匀涂层与功能梯度材料层之间界面处的无摩擦轴对称接触问题的界面应力场。文中建立三层结构的理论计算模型,利用积分变换技术将数学模型转化为奇异积分方程,得到梯度材料夹层轴对称接触问题的表面位移解,再通过数值方法,得到梯度材料夹层的界面应力场。文中分析讨论了刚性圆柱形平压头作用下的均匀涂层与梯度材料夹层界面处的应力分布情况,探讨了剪切弹性模量比值、接触半径对界面处正应力、剪切应力分布的影响。研究表明,剪切弹性模量比值对界面处应力均产生重要的影响,随着剪切弹性模量比值的递增,界面层正应力呈递减趋势,而界面层剪切应力呈递增趋势,且接触半径的不同,也会改变影响的幅度。调整剪切弹性模量,是实现抑制裂纹萌生的一种有效途径。此外,作者主要从事新型功能材料接触力学的研究工作。     

半无限大体中次表面裂纹间的相互影响

针对钢轨次表面的微裂纹问题,采用含裂纹的半无限大体进行简化,研究了半无限大体中裂纹间的相互影响。利用弹性力学中半平面体在边界上受法向分布力的应力公式求出裂纹面上的应力,并采用Kachanov简化方法,得到了裂纹尖端的应力强度因子。分析了裂纹与表面的距离、裂纹尺寸和裂纹之间的距离对裂纹尖端应力强度因子的影响。结果表明:裂纹与表面的距离越大裂纹间的影响越小,裂纹尺寸越大裂纹间的影响越大,裂纹之间的距离越大裂纹间的影响越小。     

构造煤的孔隙结构在瓦斯突出中的作用研究

煤与瓦斯突出是制约煤矿生产的不安全因素.煤层是一种典型的双重孔隙系统的非均质、各项异性介质,裂隙系统构成了为气体运移的主系统,孔隙系统是气体运移的子系统.煤储层孔隙结构分布状况,决定了气体在煤中的储集状态和扩散方式.实验分析表明同种煤孔隙气压越大,煤岩进入加速流变阶段的有效应力越小,也就越容易发生突出,这为进一步研究构造煤的纳米尺度孔隙结构及有效控制瓦斯突出提供指导.     

管道环焊缝接头焊接残余应力预测

本文利用ADINA非线性分析有序元程序,对低碳钢管道环焊缝接头焊接残余应力进行计算。在热弹塑性有限元分析模型中考虑了材料热物理和力学性能依赖于温度变化,计算预测结果表明：在管道接头内表面焊缝中心及近缝区轴向和环向残余应力均为拉应力;随离开焊缝距离的增加,逐渐过渡为压应力。在管道接头外表面焊缝中心处的轴向残余应力为压应力,而环向残余应力为拉应力,计算预测值与实测值基本一致,表明有限元法能够经济而有效地预测管道环焊缝接头的焊接残余应力。     

PVD涂层在汽车模具上的应用及结合力改善研究

简要说明了目前汽车模具上主要应用的PVD涂层及其技术发展现状,探讨了汽车模具表面PVD涂层抗磨损保护的实际效果、作用机理等,着重介绍了在汽车模具上具有较高应用价值和广阔应用前景的Ti N涂层,并列举了PVD涂层被成功运用于某车型后门内板模具来解决零件拉毛严重的实例。分别从涂层本征应力的控制、涂层界面应力的控制和深冷处理3个方面出发,重点阐述了具有优异表面抗磨损性能的PVD涂层与基体之间结合强度的改善方法。     

基于ANSYS的复合型阶梯变幅杆动态特性研究

为了对某复合超声变幅杆进行动态特性研究,基于变幅杆设计理论,利用仿真软件MATLAB和ANSYS对其进行动力学分析。根据复合变幅杆的3个主要设计参数,即面积比、端口直径和圆锥过渡长度,对变幅杆进行有限元仿真试验,记录每组试验的共振频率、放大系数及最大响应应力等动态性能参数进行分析。结果表明：面积比或端口直径越大,有限元得到的共振频率和放大系数越偏离解析值,最大响应应力也越大;圆锥过渡长度越大,有限元得到的共振频率和放大系数越接近解析值,最大响应应力也越小。3个设计参数对变幅杆动态特性都具有显著影响,过大的面积比或端口直径都有可能导致变幅杆失真而无法工作或是最大响应应力超出材料的许用应力导致变幅杆损坏。增大圆锥过渡长度可以减小共振时产生的频率误差和最大响应应力值,但同时会减小放大系数。     

锭尖表面涂层对高速锭子振动特性的影响研究

锭子高速运转时,锭尖表面微观形貌的不规整及润滑状态欠佳都会导致振动幅度过大,进而引起锭子失稳和磨损失效。以YD4211FA型高速锭子为研究对象,利用多功能锭子检测试验台,研究锭尖表面涂层及润滑状态对其振动特性的影响规律。结果表明：自润滑涂层的添加使锭尖表面由原来不规则沟壑结构变为纵向规律性排布,摩擦因数及黏连系数减小,约束轴承润滑更充分,流体漩涡现象削弱,振动特性显著提升;且采用2 mL锭子油润滑的锭子相较于4 mL的具有更小的振幅及更优异的稳定性。     

钛合金薄壁件切削力与残余应力研究

以钛合金薄壁件为研究对象,建立35°菱形车刀切削钛合金薄壁件的有限元模型。设计5因素4水平正交试验,使用直观分析法获得了刀具圆角、刀具前角、切削速度、进给速度、切削深度工艺参数对钛合金薄壁件切削力、残余应力的影响权重。利用控制变量法拟合了切削力经验公式,并获得了单次切削后切削深度和进给量对残余应力分布状态的影响规律。研究结果表明：影响钛合金薄壁件端面车削切削力的主要因素为切削深度,影响钛合金薄壁件轴向残余应力的主要因素为进给量;大圆角半径结合大切深车削和小圆角半径结合低进给量车削可有效控制表层最大残余应力位置,并降低工件残余应力。     

AZ31B镁合金复合陶瓷涂层在SBF溶液中的应力腐蚀研究

为了研究微弧氧化一电泳沉积复合陶瓷涂层对镁合金在模拟体液( SBF)中的应力腐蚀行为的影响程度,采用微 弧氧化一电泳沉积的复合处理方法在A23IB镁合金表面制备复合陶瓷涂层,使用电化学实验和慢应变速率拉伸试验研究 有无复合陶瓷涂层在SBF溶液中的腐蚀和应力腐蚀行为。研究结果表明：复合陶瓷涂层能提高A23IB镁合金在SBF溶 液的耐蚀性能,但是对A23IB镁合金在SBF溶液中的应力腐蚀敏感性影响甚微。     

侧壁射流对突扩通道流动特性的影响

讨论了垂直于突扩通道主流方向的侧壁射流对壁面压力系数、传热系数及主回流区长度的影响．采用标准κ-ε双方程湍流模型，对侧壁射流突扩通道中的流场进行了数值模拟，计算结果表明，侧壁射流位置越靠近入口，主回流区长度越短，最大压力系数位置前移，其数值增大，局部表面传热系数也增大．根据计算结果，拟合出了当侧壁射流速度与突扩通道入口平均流速之比等于2．0时，主回流区长度与侧壁射流位置的关系式。     

星形高分子在油水界面吸附的动态Monte Carlo模拟

用动态M onte Carlo方法,模拟了星形高分子在油水界面的吸附过程,得到了星形高分子在油水界面吸附过程中的一些动态和静态性质,如界面上吸附的高分子数、界面膜厚度、油水界面张力以及体系达到平衡所需要的时间等。研究表明:星形高分子在界面上吸附的数目由其结构和在系统中的浓度决定;星形高分子形成的界面膜是不对称的,其厚度由分子结构和浓度共同决定;系统达到平衡所需要的时间不仅与分子的浓度有关,还与其结构有关;星形高分子的支链长度越长,表面活性越大;臂数越多,表面活性越小。     

Gemini表面活性剂在气/液界面上的微区形貌随表面压的变化

测定了Gemini表面活性剂在pH值为10.86,NaBr浓度为1.0mol/L的溶液气/液界面上的表面压-分子面积的等温线。用自制的Brewster角显微镜(BAM)观察了由Gemini表面活性剂在界面上所形成单分子膜的微区形貌随表面压的变化。结果表明:当pH值为10.86时,Gemini表面活性剂在1.0mol/LNaBr溶液的气/液界面上生成了凝聚态的单分子膜;当表面压较低时,观察到在界面上形成了同心圆结构;随着表面压的增加,这些同心圆可发生聚并而形成多中心结构。     

N80 钢/SiO2 基涂层/油井水泥石的界面特征研究

为了提高固井一界面的胶结强度,采用热化学反应法在N80 钢制套管钢基体上制备SiO2 基陶瓷涂层作为套管和水泥石之间的过渡层。通过X 射线衍射结构分析、扫描电子显微镜和体视显微镜形貌观察以及划痕仪涂层结合力测试,研究了N80 钢/SiO2 基涂层/油井水泥石的界面微观结构特征和结合行为。结果表明,陶瓷涂层内部和陶瓷涂层/水泥石界面分别产生了新相MgAl2O4 和Ca54MgAl2Si16O90;陶瓷涂层与钢基体结合力的临界载荷在40 N 左右,陶瓷涂层的制备起到了提高套管与水泥石结合强度的作用。     

套管抗挤强度分析及计算

为提高套管挤毁压力预测精度，应用统计方法对213根套管全尺寸挤毁试验数据进行了方差分析，研究了外径不圆度、壁厚不均度、残余应力等因素对套管抗挤强度的影响。分析结果表明，径厚比、屈服强度是套管抗挤强度的主要因素，不圆度、壁厚不均度、残余应力等因素对套管抗挤强度的影响呈随机性分布。利用有限元方法对外径不圆度、壁厚不均度和残余应力的不同位置组合进行了模拟分析。结果表明，数值相同的外径不圆度、壁厚不均度及平均残余应力组合不同时，套管的挤毁压力相差很大。最后提出了一个套管抗挤强度计算公式，计算简单，精度可满足工程要求。