6系铝合金板搅拌摩擦焊残余应力有限元分析

基于Johnson-Cook本构方程和罚接触算法,提出了一种新的6系铝合金板搅拌摩擦焊残余应力有限元分析模型.获得了焊板的纵、横向残余应力的分布规律,并采用X射线应力检测仪对有限元分析结果进行实验验证,实验表明本模型的分析结果正确.分析结果对6系铝合金板搅拌摩擦焊提供了一定的理论基础和分析数据.     

挤压切削加工过程的有限元仿真研究

利用Deform 3D软件建立了挤压切削加工中刀具与工件相互作用的有限元仿真模型,以不同切削速度和背吃刀量对挤压切削加工过程进行仿真分析.通过对工件加工表面变形量及残余应力等仿真结果的对比分析,总结了切削速度和背吃刀量对挤压切削加工工件表面质量的影响规律.最后,对仿真结果进行了试验验证,结果表明仿真模型能够较为真实地反映挤压切削加工的实际过程,证明了模型的有效性.     

不同厚度下船舶板材高频感应自由弯曲成形

应用ANSYS软件建立高频感应自由弯曲有限元模型,研究了船板高频感应成形板厚对可加热温度、变形角度、应力、变形及冷却后的残余应力的影响。结果表明:不同厚度的船舶板材可加热温度皆在860℃以上进入奥氏体温度区。在无约束、忽略船板自重的情况下,不同厚度的船舶板材单面弯曲角度在10-2数量级;加热结束后,不同厚度的船舶板材的应力都达到屈服应力,发生了塑性变形。冷却结束后残余应力主要集中在线圈正下方。随着板厚的增加,可加热温度下降,并在中厚板区有波动;弯曲角度先增加,后减小;最大残余应力先减小,后增加。在给定加热频率和功率条件下,船板的高频感应加热变形的最有效厚度为14 mm。     

三向应力下典型岩石破坏预警及峰后特性

为探讨岩石在三向应力下的变形、破坏规律及其峰后本构模型,对不同围压下石灰岩和砂岩进行了三 轴压缩全过程试验,分析了2种典型岩石的变形、破坏规律和峰前、峰后承载能力与变形之间的关系,在此基础 上建立了岩石的本构模型.研究结果表明:石灰岩在低围压下易于发生失稳破坏,在高围压下较难发生失稳破 坏,围压的增大对岩爆有一定抑制作用;同种岩石峰值应力时对应的环向应变不随围压的改变而改变,近似为一 定值,可以将其作为岩石破坏的一个预警指标;石灰岩的剪胀效应发生在破坏后,而砂岩在轴向应力达到其峰值 的70%左右时就开始出现剪胀;岩石峰后应力与其承载能力相等,由侧向变形控制,随侧向变形增大逐渐衰减 至残余强度;基于本构模型的计算结果与三轴压缩试验结果吻合较好.      

非稳态载荷对二维轮轨纯滚动接触应力和变形的影响

为了揭示轮轨波状表面与非稳态载荷的内在联系,利用有限元法,建立了二维弹塑性轮轨纯滚动接触计算模型,分析法向接触载荷波动值对钢轨残余应力、应变和变形的影响。模型中材料本构采用考虑棘轮效应的Jiang-Sehitoglu模型,非稳态仅考虑法向接触载荷的简谐变化,用弹塑性无限半空间表面上重复移动赫兹法向压力分布模拟反复纯滚动接触过程。发现非稳态法向接触载荷作用下产生同样波长的波状接触表面;随滚动次数的增加,残余应力增大,但很快趋于稳定,而残余应变也增大,但增大速率衰减;载荷波动值越大,波谷和波峰处的纵向残余应力越大,波谷处的轴向残余应力、残余剪应变和表面纵向位移越大,而波峰处的轴向残余应力、残余剪应变和表面纵向位移越小,波深越大。     

焊接顺序和反变形量对电机吊架补强焊接残余应力与变形的影响

为满足复杂工况下电机吊架强度要求,根据补强设计方案,需在其上盖板与立板处进行补强焊接.补强焊接过程中,要求焊接变形量不超过电机吊架设计使用要求,即0.3 mm误差.借助有限元数值仿真方法,研究电机吊架在返修补强过程中不同焊接顺序和反变形量对其焊接残余应力和变形的影响,通过对两种不同焊接顺序和三种反变形量进行仿真模拟,获得了可行最优焊接方案,对电机吊架返修补强焊接具有一定的实际指导意义.     

超声磨削表面残余应力工艺实验与回归分析

为了探索超声磨削的工艺特性,研制了轴向超声磨削加工实验装置,对45钢进行实验研究,采用i XRD便携式高速残余应力分析仪测量磨削表面残余应力,从实验角度分析磨削工艺参数对残余应力的影响,建立了残余应力关于磨削深度、超声振幅和砂轮线速度的回归方程,并用该方程预测表面残余应力.研究结果表明:普通磨削和超声磨削均在试件表面产生残余压应力,且轴向方向的残余压应力显著大于磨削方向的残余压应力;磨削深度和超声振幅能够增大残余压应力,砂轮线速度的增加会降低残余压应力;预测值与实验值的最大相对误差不超过5%,验证了该模型能有效预测超声磨削加工表面残余应力.     

基于拓扑优化的某活塞轻量化分析

针对某发动机活塞轻量化问题,进行了该结构模型的热机耦合分析,在此基础上完成了对活塞的变密度法拓扑优化设计,并从应力、变形、体积(重量)等方面对优化前后计算结果进行了比较和总结.研究结果表明:选择相同的材料,活塞质量较优化前降低了约6.471％.优化后模型的最大形变量有所降低,应力峰值减少了16.73％,均力分布有所改善.     

X65管线厚板控制冷却时的相变效应

为明确相变效应对X65管线厚板控制冷却的影响,通过开发线性混合热膨胀模型、拓展Avrami相变动力学模型和应用Leblond模型建立了热力耦合有限元模型.用该模型研究了X65管线厚板在上下层流冷却系数分别为3和1 kW/(m2.K)的非对称控制冷却时,相变效应对温度、残余应力和应变的影响.结果表明:相变期间,潜热减缓心部和下表面的冷却速度达50%、25%;潜热和TRIP效应分别产生峰值为89、-89 MPa,并且130、-170 MPa的应力可减小整体残余应力;相变膨胀产生峰值为723、-479 MPa的组织应力决定了整体残余应力大小及分布.     

钢箱梁面板与U肋焊接残余应力的分布特性

为研究残余应力场对钢箱梁疲劳性能影响效应,以港珠澳大桥正交异性钢桥面板为例,采用数值模拟的方法,研究了正交异性钢桥面板焊接全过程及残余应力分布特性,分析了板件参数对残余应力的影响效应,得到钢箱梁确定正交异性钢桥面板焊接残余应力分布的经验公式.研究结果表明:采用ANSYS热-结构弱耦合数值模拟方法可反映实际焊接过程中残余应力场的分布;焊缝区域残余应力峰值受板件参数影响较小,横向最大残余应力约为300 MPa;沿板厚方向焊接残余应力符合正弦分布,表明采用正弦函数作为其经验分布模型是可行的.      

高地应力层状软岩隧道大变形预测分级研究

为探明高地应力层状软岩隧道的非对称变形破坏规律及其支护结构的非对称受力特性,结合碳质千枚岩力学特性与变形破坏机制的各向异性特性,对层状软岩隧道围岩的非对称变形破坏特征进行了分析. 在93座典型高地应力层状软岩隧道变形数据的基础上,系统性地分析了隧道拱顶沉降、水平收敛、最大变形量与地应力、岩体抗压强度、隧道埋深之间的关系. 研究结果表明:高地应力层状软岩隧道的变形量与最大地应力、岩体抗压强度、埋深的分布较为离散,在一定地应力、岩体强度或埋深条件下,隧道变形量既存在于高值区间,也存在于低值区间;隧道变形量随地应力的增大、岩体强度的降低、埋深的升高逐渐向高值区间靠拢,高地应力层状软岩隧道大变形是高地应力、软弱围岩、层理弱面耦合作用的结果;基于隧道最大变形量与隧道强度应力比的幂指数变化规律,提出了高地应力层状软岩隧道的大变形预测分级指标.      

超弹性镍钛形状记忆合金循环变形行为的研究进展

首先对近20年来在超弹性镍钛形状记忆合金循环变形行为研究方面的最新进展进行了简要的综述和评价,总结了超弹性镍钛形状记忆合金在应变控制和应力控制循环加载下的单轴循环变形特征,重点阐述了该合金在单轴循环变形过程中一些重要力学性能参数的变化规律、残余变形的发展和相变棘轮行为特征;然后,结合循环变形实验研究成果,在宏观唯象模型的框架下,介绍了近年来建立的3种典型的、超弹性镍钛形状记忆合金的循环本构模型,并评述了3种模型的预言能力;最后,讨论了已有研究在超弹性镍钛形状记忆合金热-机械耦合、非比例多轴循环变形行为以及循环变形微观机理研究方面存在的不足,并为相关问题的进一步研究提出了一些建议.     

6061-T6铝合金构件焊接残余应力分布

针对国产TIG焊接成型的6061-T6铝合金箱形构件的残余应力分布,采用ABAQUS有限元软件,研究其残余应力的分布规律.选用温度-位移耦合C3D8T单元,建立残余应力分析的有限元模型,获得6061-T6铝合金TIG焊接成型的箱形构件的残余应力值,经盲孔法实测验证有限元方法的可靠性.有限元模拟结果表明,TIG焊接成型的6061-T6铝合金方形构件的残余应力总体呈U型分布,应力峰值位于构件角部,谷值位于板件中部;残余应力影响范围及峰值与板厚有关.     

基于ANSYS平台的堆焊热应力的动态模拟

建立适当的有限元模型，对平板堆焊过程中温度场、应力场的瞬态变化以及焊后的残余应力和变形进行动态模拟．利用ANSYS软件的APDL语言编写程序，实现移动焊接热源的施加，并采用生死单元法模拟熔池金属的熔化和凝固．     

焊接顺序对高速列车侧墙焊接残余应力的影响

按实际加工工艺,基于有限元软件SYSWELD,采用有限元热弹塑性分析方法和Fortran语言对焊接热源进行二次开发,获得了所需要的热源,并通过实验验证了热源模型的准确性.在此基础之上,通过分析高速列车CRH380B侧墙焊接残余应力分布规律和焊接顺序对于侧墙焊接残余应力的影响,得到了侧墙焊接最优方案,为企业实际生产中的降低焊接残余应力方案选择提供了依据.     

考虑残余应力释放的疲劳寿命预测方法研究

基于断裂力学理论,考虑残余应力及加载过程中的应力释放对接头疲劳性能的影响,探索不等厚对接接头疲劳寿命的预测方法.采用三维有限元理论研究不等厚板接头的残余应力分布规律,并通过残余应力释放模型和Forman公式计算加载过程各瞬态的有效应力强度因子和有效应力强度因子比,得到不等厚对接接头的疲劳寿命,将预测值与疲劳试验结果进行对比.结果 表明:不等厚对接接头疲劳寿命的预测与试验结果是一致的,该模型可用于不等厚对接接头疲劳寿命的预测.     

钢板喷丸处理残余应力场和表面粗糙度数值模拟

为了揭示钢板喷丸处理后残余应力场以及表面粗糙度的分布规律,采用有限元软件ABAQUS建立了多丸模型,模拟了铸铁丸对桥梁用钢Q345钢板的喷射过程,对比分析了冲击速度、冲击次数和弹丸直径对喷丸后钢板水平向残余应力沿板厚的分布以及表面粗糙度的影响.研究结果表明,随着冲击速度、冲击次数以及弹丸直径的增加,残余压应力有均匀化的趋势,并且分布范围逐渐向厚度方向发展,同时表面粗糙度也随之逐渐增大.根据表面粗糙度随冲击次数的变化规律,建议采用对数函数来表示二者的关系,并给出了弹丸直径为1.4 mm情况下表面粗糙度值与喷丸速度和冲击次数的相互关系.      

重载牵引电机机座焊接应力的控制及消除

焊接残余应力在焊接构件中普遍存在,直接引起结构件焊接变形。对于焊接构件一重载机座来说,焊接残余应力及其引起的焊接变形甚至影响到电机的工作性能。只有制定合理的焊接工艺及焊后处理等手段进行控制和消除,才能保证使用要求。     

功能梯度梁纯弯曲的弹塑性理论分析

对功能梯度梁在纯弯曲加载和卸载过程中的弹塑性变形行为进行了研究.假设梁由线弹性材料A和理想弹塑性材料B两相材料组成,其复合材料的屈服特性较复杂.为了获得纯弯曲的理论解,利用复合材料力学的方法,分别考虑两相材料的应力,并以此为基础对梁进行弹塑性分析,认为梁的屈服特性完全由材料B的应力决定,而并非整体应力.文中详细讨论了加载和卸载过程的各个阶段,并给出相应的解析解.最后通过算例,对中性轴的位置、截面应力分布、残余应力和残余曲率的变化规律进行了详细讨论.     

地震荷载作用下钢筋混凝土柱的滑移变形

根据钢筋滑移的受力变形原理和Alsiwat-Saatcioglu模型假定推导出钢筋的显式表达式;基于转动弹簧模型和滑移截面模型,阐述了由滑移量-应力关系确定柱端弯矩-转角和构件的荷载-滑移变形关系的理论方法;开发了该方法相应的计算程序对上述两种模型的适用性进行了评定,结果表明采用滑移截面模型得到的钢筋混凝土柱构件荷载-滑移变形反应比转动弹簧模型更为准确.