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。     

低屈服钢拉伸试验与数值研究

为了了解低屈服钢的拉伸性能，开展拉伸试验并进行数值研究:采用圆棒试件进行单轴拉伸试验，分析试件的力 位移曲线 、延展性以及断裂模式等；基于幂强化法和加权平均法计算材料颈缩后的真实应力 应变数据；采用扩展有限元方法对圆棒试件的拉伸、颈缩以及断裂过程进行 数值模拟。通过与试验数据的对比发现：加权平均法可以得到与实际相吻合的颈缩后的真实应力 应变数据；扩展有限元方法可以对低屈服钢的拉伸、颈缩与断 裂过程进行有效的仿真。     

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.     

不锈钢真空钎焊管板连接微观特征及残余应力有限元分析

采用拉伸试验机对304不锈钢管板结构真空钎焊强度进行了试验,运用金相和EDS方法分析了钎焊接头的微观组织特征。运用有限元ANSYS软件对微小尺寸不锈钢管板结构在真空钎焊过程中产生的残余应力进行了模拟。结果表明,应力集中出现在管板连接钎焊接头处,有限元分析获得了该处的残余应力分布规律。     

工业纯钛室温蠕变性能试验

采用标准拉伸试验方法和小冲杆微试样试验技术测定钛材在室温下的蠕变性能,证实工业纯钛在室温下确实存在蠕变现象,但蠕变仅在应力足够大时发生。采用塑性薄膜伸张模型,将小冲杆试验测得的试样中心点挠度值δ转化为表征蠕变应变εSP和表征蠕变应力σSP,计算得到了与传统拉伸蠕变试验相应的蠕变应力-蠕变速率关系,比较结果说明两种测试方法获得的纯钛在室温下的蠕变速率较为接近。     

热老化氧化铈填充硫化天然橡胶贮存寿命预测分析

本文对填充氧化铈的硫化天然橡胶在80℃、90℃、100℃下进行高温老化,并对其进行单轴拉伸试验,以扯断伸长率变化值作为性能指标,利用Arrhenius方程进行贮存寿命预测。结果显示,三种橡胶材料的应力-应变曲线都呈现出非线性的关系,且氧化铈的加入使得硫化天然橡胶的扯断伸长率和拉伸强度都得到不同程度的提高;氧化铈可以提高硫化天然橡胶的贮存寿命。     

焊缝宽度对碳钢对接接头残余应力分布的影响

针对当前大量焊接结构采用对接接头形式，存在焊缝宽度影响结构表面残余应力分布的问题，课题组结合有限元仿真软件ABAQUS建立了一种利用双椭球摆动热源进行窄间隙焊接的平板对接模型，并使用焊缝非线性的热弹塑性有限元法，计算出Q235A钢在4种不同焊缝宽度下对接焊接接头的残余应力分布。计算结果表明：小尺寸焊缝宽度的对接接头在焊缝中心和热影响区存在超过屈服强度级别的残余拉应力；大尺寸焊缝宽度则会导致不利的横向残余拉应力。因此，在进行焊接结构设计时，选取中等焊缝宽度可以提高焊接结构的力学性能。     

亚粘土邓肯—张模型参数试验研究

邓肯－张模型是描述土体应力－应变关系的一种力学模型，它能够模拟土体发生屈服以后非线性变形的性状，但是忽略了应力路径等因素影响，即假设应力与应变是沿着一条曲线变化的。通过常规三轴试验获得了北京地区亚粘土的邓肯－张模型参数。     

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。     

基于有限体积应变能密度法的钎焊接头疲劳寿命研究

为了评估钎焊接头的疲劳寿命，课题组构建了不锈钢钎焊接头的疲劳寿命模型。首先通过拉伸实验和低周疲劳实验获得不锈钢钎焊接头的基本性能和疲劳数据，再运用基于缺口应力强度因子（notch stress intensity factor，NSIF）的有限体积应变能密度法，结合有限元和理论计算结果，并综合考虑钎焊后的残余应力来评估钎焊接头的疲劳寿命。有限元计算结果表明NSIF能够准确描述焊缝附近的残余应力，并且应变能密度对网格精度敏感性较低。最后将疲劳实验结果与计算得到的应变能密度相结合，搭建出总应变能密度和疲劳寿命关系模型，为不锈钢钎焊接头寿命评估提供了一种简单高效的方法。     

钢 铝搅拌摩擦焊接头的孔洞参数化建模和仿真

为探究钢 铝搅拌摩擦焊（friction stir welding，FSW）接头中不同特征的孔洞缺陷对应力分布的具体影响，课题组利用CATIA二次开发程序对孔洞缺陷开展仿真研究。首先，根据钢 铝焊接接头的特点对孔洞和基体进行简化，为量化分析提供基础；然后，编写CATIA二次开发程序对孔洞进行参数化建模，同时建立基体模型，并对孔洞和基体模型进行布尔操作生成接头模型；最后，利用ABAQUS软件对接头模型进行仿真分析，得到孔洞不同特征变量对钢 铝FSW接头的影响。结果表明：孔洞的参数化建模可以很好地提高建模效率；空间角度α和β对应力分布的影响较大，而空间角度γ对应力分布的影响较小；在空间角度相同时，表面孔洞的应力集中系数大于内部孔洞的应力集中系数，表面孔洞的危险程度更大；且应力集中程度最高的位置位于钢 铝交接处。参数化建模和仿真方法为孔洞危险程度的评估提供了一定参考。     

新氢能源储蓄罐用奥氏体不锈钢速度敏感性研究

为了研究31OS奥氏体不锈钢的速度敏感性对材料成形性能的影响,通过不同应变速率下的单向拉伸试验获取 相对应的工程应力应变数据,将其转化为真实应力应变数据后,对真实应力应变数据进行计算,求得相应变形速率下的 各硬化参数。基于上述拟合结果,选取适当的本构方程模型,进行非线性拟合,得到一个受应变速率影响的本构方程。 通过笔者研究,确定31OS奥氏体不锈钢的硬化行为确实受应变速率影响,且本文所拟合的本构方程可对该材料的速度 敏感性作出准确判断。     

预裂裂纹对岩石试件应力分布及变形规律的影响

为了得到岩石预裂裂纹的最佳长度,基于Griffith强度理论,通过FLAC3D数值仿真软件进行模拟实验,研究预裂裂纹长度分别为0 mm、20 mm、50 mm、80 mm、110 mm和140 mm 6组岩石在剪切实验中的变形及其应力分布规律.实验结果表明:当预裂裂纹长度小于80 mm时,岩石在X方向上的位移分布不均匀,应力在裂纹周围影响范围较大;当预裂裂纹长度大于等于80 mm时,岩石在X方向上的位移分布逐渐均匀,裂纹尖端应力集中逐渐增大,但应力集中影响范围大幅度减小,说明随着预裂裂纹长度不断增大,岩石强度显著降低.最终得到岩石预裂裂纹的最佳长度为岩石长度的53%～73%.     

局部激光表面处理对7075铝合金疲劳性能影响的研究

7075铝合金以其独特的性能广泛应用于载运工具各个行业中,但是,铝合金在焊接后会出现疲劳强度降低的现象,这对载运工具的安全性产能生了消极影响。针对这一现象,采用局部激光表面处理法来改善7075铝合金的疲劳性能。对未处理试样和局部激光表面处理后试样的疲劳裂纹扩展速率的研究表明,局部激光表面处理能有效降低疲劳裂纹扩展速率,提高疲劳寿命。ANSYS有限元残余应力分析及硬度试验表明,局部激光表面处理后试样上形成的残余应力场和局部软化现象是疲劳裂纹扩展速率降低的主要因素。     

有限元分析热障涂层孔隙对其热力行为的影响

涂层的微观结构决定涂层的热物理及力学性能。针对等离子喷涂热障涂层中孔隙的形貌特征及其在涂层中的位置,基于ANSYS有限元软件,分析涂层中的孔隙对涂层隔热性能及热应力状态的影响。结果表明:在利用椭圆来表征涂层中不同形貌的孔隙时,椭圆形孔隙的短轴与长轴之比越小,即孔隙面积越小,则涂层的隔热效果越差;当孔隙面积相同时,孔隙的细长化有利于提高隔热效果;孔隙位置不影响涂层的隔热效果;在一定范围内,孔隙的位置越靠近涂层表面或界面,对其表面或界面的残余应力影响越大,涂层越容易失效;靠近涂层表面或界面的孔隙形貌变化不影响涂层表面与界面处的残余应力分布。     

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。     

圆筒有压边多次拉深极限分析

依据再拉深时筒壁口部最厚、最硬、最大拉深力出现于技深后期以及变形区小的几个显著特征，假定最大拉深力出现的变形区相应于筒口达到变形区人口位置，并以筒口应力、应变强度及厚度作为变形区于均应力、应变强度及厚度，采用平衡微分方程和塑性方程联解方法建立了有压边圆角凹模再拉深径向应力分布数位解。应用分散性失稳准则，建立了危险断面拉伸失稳强度，计及了厚向异性指数、加工硬化指数、凸模直径及凸模圆角半径的影响。用本文推导的公式借助计算机，可以迅速确定多次拉深的极限拉深系数。通过本文分析，表明筒经对多次拉深极限有明显影响；同次极限拉深系数存在取极小值的凹模圆角半径；减少初次拉深变形程度有利于提高后次拉深的权限变形能力等。     

5052铝合金搅拌摩擦焊残余应力场数值模拟研究

针对目前铝合金搅拌摩擦焊的焊后残余应力过大，且内部残余应力难以测量的现象，课题组提出了基于热弹塑性法和顺序热力耦合方式的搅拌摩擦焊应力模拟的热源模型、边界条件模型和有限元模型，采用正交设计的方法对影响残余应力3个主要因素进行数值模拟的设计，并对模拟结果进行试验验证。模拟与试验结果均表明合适的焊接参数（转速取1 000 r·min-1，焊速取120 mm·min-1，预热时间取3 s）能有效减小5020铝合金搅拌摩擦焊的焊后残余应力，且数值模拟得到残余应力与实际焊后残余应力结果较为吻合。     

三轴压缩时砂岩的割线模量及其峰后损伤演化特征

基于典型岩石应力-应变曲线的分类特征,并根据割线模量衰减特征定义了损伤系数,对比围压对割线模量和损伤演化特征的影响,借助于砂岩的三轴压缩试验,对理论模型进行了验证,结果表明:基于割线模量衰减定义的损伤系数,本质上是刚度退化系数;围压通过抑制横向变形间接提高了割线模量,降低了割线模量衰减速度,延缓了损伤的发展;临界损伤系数随着围压的增大而增大,该系数可以用于定量表征材料的延性特征。     

H13钢激光仿生耦合处理及耐磨性研究

研究了经激光仿生耦合处理的H13钢在常温下抗磨损性能以及磨损机理,并分析不同形貌(线状、网状)对其抗磨损性能的影响。利用Nd∶YAG激光器赋予H13钢试样表面一定仿生形貌,采用HVS-1000显微硬度计、HSR-2M型高速往复摩擦实验机进行仿生单元体横截面硬度测定和试样表面磨损试验,并得出磨损质量;通过金相显微镜、SEM分别对试样横截面以及表面磨痕的微观形貌进行观察并研究磨损机理。激光仿生处理后的H13钢,其耐磨性得到显著提高。与基体相比,经激光网格仿生处理的H13钢耐磨性提高约20倍,线状仿生试样提高约13倍。激光仿生单元体能够改变试样整体的磨损机理,使基体的磨料磨损逐渐转变为粘着磨损。