Cr12MoV模具钢堆焊工艺及组织研究

研究了Cr12MoV模具钢堆焊工艺,对堆焊接头组织形貌分析和显微硬度测定表明,堆焊层具有高硬度,热影响区中的白亮带为残余奥氏体,它有利于缓解热应力。     

发动机叶片残余应力测试与分析

用X射线衍射分析法,对某型发动机压气机第1,2级转子叶片（马氏体不锈钢）的新叶片、不同寿命工作叶片以及有裂纹故障叶片分别进行了对比性试验,研究了发动机叶片残余应力变化与工作状况的关系。试验结果表明：随着叶片工作时间的增加,残余压应力逐渐减小,断裂危险区域残余压应力明显松弛,残余应力衰减为原应力的1/3。通过对叶片残余应力的跟踪测试,可以监控叶片的工作状况,评定其疲劳损伤程度和安全工作质量。     

模具线切割开裂和变形的原因与预防措施

此文针对模具线切割过程中产生开裂和变形的现象,从残余应力的产生原因、影响模具线切割开裂和变形的因素较全面的进行了分析和论述,模具线切割开裂和变形是由于其模板内部的残余应力,尤其是热处理残余应力所致,但线切割在一定程度上破坏了模板内残余应力平衡状态,诱发了开裂或变形。根据影响的诸因素,提出了预防开裂和变形的各种措施,但措施的有效性还须因件施策,满足模具的使用寿命和顾及对后序加工的影响。     

基于临界面的多轴振动疲劳寿命预测

目的提出一种新的基于临界面正应力的高周多轴疲劳寿命预测方法。方法通过对主应力进行投影,得到各时刻下临界平面内的应力大小,利用雨流法计算不同临界面下的疲劳损伤,并通过权函数,得到主应力的角度期望值,进而预测结构的疲劳寿命。结果通过试验件进行仿真模拟,对底端作用两个方向PSD频率范围为8～200 Hz,大小为0.006、0.003、0.008 g~2/Hz的强制加速度激励得到多轴应力响应,以此计算4种工况下的随机加速度振动疲劳试验预测寿命,对比试验寿命误差基本处于2倍界以内。结论新的基于临界面正应力的疲劳寿命预测方法能有效预测多轴振动疲劳寿命。     

2A12铝合金微动疲劳全寿命预测方法研究

目的对于2A12铝合金,提出基于成核寿命和扩展寿命的微动疲劳全寿命预测方法。方法基于损伤力学法计算裂纹成核寿命,利用扩展有限元计算裂纹尖端应力强度因子,应用断裂力学计算裂纹扩展寿命,并对预测者和试验值进行比较。结果损伤力学法能考虑接触面应力三维度的作用来反映多轴状态作用,能有效模拟微动疲劳多轴行为。基于损伤力学法的微动疲劳全寿命预测模型能有效预测微动疲劳全寿命。由于微动作用,裂纹成核非常早,扩展寿命从试件的近表面开始,占全寿命的主要部分。结论考虑成核寿命和扩展寿命的微动疲劳全寿命分析是完善的,预测值与试验值比较吻合。     

不锈钢/铝(铝合金)/不锈钢多层复合板残余应力研究

采用取条法和化学浸蚀法相结合对不锈钢 /铝 (铝合金 ) /不锈钢多层复合板的残余应力值进行了测量。结果表明外层不锈钢受到长度和宽度方向的残余拉应力作用 ,随着轧制复合变形量的增加 ,多层复合板的残余应力值会逐渐增大。此外还通过热 力耦合的弹塑性有限元法对不锈钢 /铝 (铝合金 ) /不锈钢多层复合板的残余应力场进行了模拟仿真 ,并将模拟结果与试验测量值进行了分析和对比。     

热盐腐蚀环境对TC11钛合金高温寿命影响规律试验研究

目的 针对发动机钛合金部件在热盐环境与工作载荷下的寿命衰减问题，开展TC11钛合金热盐腐蚀疲劳与应力腐蚀试验，研究腐蚀环境下TC11的高温寿命衰减规律与失效机理。方法 利用喷盐法制备TC11钛合金试验件，研究不同温度与应力水平对TC11腐蚀疲劳以及应力腐蚀的影响规律。利用SEM等观测手段，开展腐蚀疲劳以及应力腐蚀试样断口与表面的形貌分析，分析腐蚀环境下的失效机理。结果 热盐腐蚀环境导致TC11的寿命显著降低，对比450 ℃下无腐蚀寿命，腐蚀疲劳寿命下降了2个数量级，应力腐蚀寿命下降到不足1%，且分散性较大。观察腐蚀疲劳和应力腐蚀的试样可以发现，表面有明显的腐蚀坑，腐蚀坑底发现裂纹。结论 热盐环境下，TC11腐蚀疲劳寿命和应力腐蚀寿命都会明显下降。由于腐蚀导致钛合金试样表面产生许多腐蚀坑，在腐蚀坑局部形成近似缺口，缺口部位的应力集中是导致腐蚀疲劳寿命衰减的重要因素。腐蚀疲劳的寿命低于Kt=1的无腐蚀疲劳寿命，但是要大于Kt=3的无腐蚀疲劳寿命。     

两种铝合金连接结构的腐蚀-疲劳循环试验研究

目的研究2024铝合金两种连接形式在5%NaCl盐雾环境下的腐蚀疲劳性能。方法开展2024铝合金两种连接结构在5%NaCl盐雾环境下的腐蚀疲劳试验,采用"腐蚀环境-疲劳加载"交替循环的试验模式,通过试验测试铝合金两种连接形式在5%NaCl盐雾环境下的残余疲劳寿命值,分析连接方式对铝合金连接结构的残余疲劳寿命影响。结果 5%NaCl盐雾环境对于铝合金连接结构疲劳寿命有较大影响,相较于铝制铆接连接形式,钢制螺栓连接方式连接部位的涂层破坏较少,涂层防护效果更好,疲劳寿命降低量更少。结论金属结构连接形式与防护涂层的搭配对结构耐腐蚀性能有重要影响。     

7050-T7451铝合金板材疲劳性能的厚度效应

目的 研究不同厚度的7050-T7451铝合金板材疲劳性能表现出的厚度效应。方法 试验件从3种厚度规格(75、150、203mm)板材的不同厚度位置取样,采用成组试验法进行3级应力–疲劳试验。分析试验数据,发现并总结材料疲劳性能随板材厚度及取样厚度位置变化的演化规律。结果 所有厚度规格板材的表面层材料的疲劳性能均为最优,且不同厚度规格板材表面层材料的疲劳性能差异较小。当板材的厚度较薄(75 mm)时,随着取样厚度位置变化,材料的疲劳性能差异较小;当板材的厚度较厚(150、203 mm)时,从表面层到中心层的材料疲劳性能呈非线性变化趋势,先变弱、后增强,疲劳寿命10⁵循环对应的最大应力降低幅度最大为21%左右。随着板材厚度的增加,疲劳性能最差的厚度层材料,疲劳寿命10⁵循环对应的最大应力降低了20%左右。结论 随着板材的厚度增加,7050-T7451铝合金板材疲劳性能的厚度效应变得越来越强,即疲劳性能在厚度方向的不均匀性越来越明显。工程师应在工程设计中考虑7050-T7451铝合金疲劳性能厚度效应对结构疲劳强度的影响。     

综合考虑疲劳强度影响因素的寿命预测方法

目的提出一种综合考虑疲劳强度影响因素的寿命预测方法。方法利用提出的综合疲劳强度因子Kz考虑应力集中、尺寸和表面状态等因素对疲劳强度的影响,结合S-N曲线方法,采用Goodman方程进行平均应力修正,采用Miner定理进行疲劳损伤累积,提出一种适用于机械结构的疲劳寿命预测方法。结果对一种复杂结构螺旋弹簧进行了位移控制的恒幅和变幅台架试验,并利用弹塑性有限元分析获得了关键危险点位置的应力响应历程。利用台架试验的寿命结果对提出的方法进行了验证,预测误差在2倍因子以内。结论提出的方法可以较好地预测机械结构的疲劳寿命。     

基于数值仿真的全表面轮毂弯曲疲劳试验及疲劳寿命分析

目的 预测钢制全表面轮毂易产生疲劳破坏的危险区域,并分析其弯曲疲劳寿命。方法 针对全表面轮毂的弯曲疲劳试验工况,建立有限元分析模型,综合考虑螺栓拧紧方式、螺栓预紧力以及材料非线性特征的影响,通过在加载轴末端建立局部坐标系,实现载荷的分解,并最终实现弯矩的动态加载。在此基础上,进行轮毂的受力分析,然后构造适用于轮毂的应力寿命曲线,并使用名义应力法进行疲劳寿命预测。结果 动态弯矩的加载方向变化会显著影响轮辐表面的应力分布特点,螺栓预紧力施加后,螺栓孔附近区域的应力显著增大,在计算中应考虑其影响。在获得各节点载荷历程后,以高应力幅和平均应力为标准,筛选出了轮毂的危险节点。结论 基于数值仿真的本型全表面轮毂弯曲疲劳试验,危险节点位置均位于轮辐通风孔的内圆角附近区域,可有针对性地对该区域进行相应的优化设计,以进一步提高轮毂的弯曲疲劳寿命。分析得到当前轮辋弯曲疲劳寿命约7.6万次,符合国家标准的要求。     

强力旋压钢管的残余应力及性能分析

利用X射线应力测定仪测定了强力旋压钢管的残余应力,理论上分析了残余应力的成因,指出残余应力是引起该钢管破裂不可忽视的原因,同时测定了强力旋压钢管的机械性能,提出消除或减轻该钢管残余应力及提高使用性能的措施。     

加筋板在复杂载荷下的振动疲劳寿命分析

目的研究航空工程结构部件——加筋板在准静态载荷和随机动载荷联合加载下的振动疲劳寿命预估问题。方法针对某铣制铝合金缺口加筋板,建立有限元模型,并采用时域法进行静动联合加载下的疲劳寿命分析。首先将准静态载荷分解为静力与正弦激励,以静力结果作为平均应力修正S-N曲线,再采用随机响应分析计算动载荷单独作用下结构危险点的应力PSD函数,通过逆傅里叶变换法,提取随机加载过程中的时域信号后,应用Von Mises等效准则,将其与正弦激励时域样本进行叠加,得到疲劳分析应力谱,再结合Miner线性累积理论和雨流循环计数法,计算得加筋板结构静动联合加载下的疲劳寿命。结果通过有限元仿真分析计算,得到加筋板在静动载荷共同作用下的疲劳寿命,对比试验寿命,误差基本在两倍界以内。结论由仿真与试验的结果对比说明,该方法可以有效预估试验件在静动载荷联合加载下的疲劳寿命,并能进一步推广到类似载荷下的疲劳寿命预估问题。     

冷挤压组合凹模的寿命估算

冷挤压组合凹模的失效主要是凹模内腔疲劳裂纹的出现,在模具设计的前期较为准确的估算出组合凹模的疲劳寿命是模具优化设计的前提。通过对组合凹模的应力分析后,采用Mises屈服准则的方法把凹模所受的多轴应力转化成单轴应力,再利用局部应力应变法找到了估算冷挤压组合凹模寿命的途径。     

微机冲裁模具CAD/CAM集成化系统

介绍一个以数控电火花线切割机床的PC微机为硬件环境的冲裁模具CAD/CAM集成化系统,着重探讨冲裁模具CAD、图形数据处理、NC自动编程和NC通讯等问题。其中以AutoCAD图形交换文件为基础建立的零件数控图形数据文件,有效地实现了CAD和CAM集成中零件几何信息向工艺信息转换问题,对建立微机CAD/CAM集成化系统具有普遍意义。     

装备关重件腐蚀-疲劳环境/载荷试验谱编制方法研究

目的 研究装备关重件大气腐蚀-动态疲劳协同加载的环境/载荷试验谱编制方法。方法 依据装备构件服役寿命-环境剖面,分析腐蚀环境与疲劳应力协同作用的特点,归纳出腐蚀-疲劳环境/载荷谱的设计原则和编制方法。结果 利用环境/载荷谱编制方法制定了某装备结构件腐蚀环境与疲劳载荷协同作用的加速试验谱。结论 建立的腐蚀-疲劳协同作用的环境/载荷谱编制方法及当量加速试验谱,可用于研究装备关重件的腐蚀-疲劳协同环境效应及加速试验评价方法等工作。     

抖振载荷谱等效简化方法试验研究

目的对抖振疲劳载荷谱等效方法开展试验验证工作。方法给出从抖振载荷响应应力概率密度函数分区等效常规疲劳响应应力的计算公式,分别进行模拟抖振试验和定频悬臂弯曲疲劳试验,后者试验的控制参数需要根据计算的等效应力进行设置和调整,对比两个试验中试件寿命的一致性。结果形成了有效的试验方法,试验结果与理论设计基本一致,进一步根据试验现象,提出了试验的改进方案。结论该等效方法有效。     

残余应力对焊接角接头裂纹扩展性能的影响分析

目的 分析焊接残余应力对角接接头裂纹扩展特性的影响。方法 基于热弹塑性力学法,建立角接头的有限元模型,计算焊接温度场,并采用热机耦合方法计算焊接残余应力。采用断裂力学方法,分析计算焊趾部位的应力强度因子和裂纹扩展寿命,并对比分析残余应力对裂纹扩展的影响。结果 计算得到焊缝的残余应力达到了材料屈服极限,呈拉伸应力状态,其Von Mises应力值为345 MPa。在应力为200 MPa以内,考虑残余应力的前提下,分别使用文献试验得到的数据和IIW标准中的数据作为裂纹扩展参数,应力比R=–1时的裂纹扩展寿命分别为2.61×10⁶和6.84×10⁵次循环;在应力比R=0时的裂纹扩展寿命分别为1.16×10⁵和2.90×10⁴次循环。结论 残余应力会加速裂纹扩展。采用控制变量法,将应力范围设定为常值,当应力比R<0时,残余应力扩大了应力强度因子的范围;在应力比R>0时,残余应力一方面会增大最大应力强度因子,使其接近材料的断裂韧度,同时拉伸残余也提高了平均应力强度因子或者提高了应力比R,在这种情况下,残余应力均会加速裂纹的扩展速度。随着裂纹长度的增加,残余应力对裂纹扩展速率的影响会增大。外载荷和残余应力共同对裂纹扩展产生影响,应力比R和残余应力对裂纹扩展的影响机制相同,在焊接结构寿命评估时,需要综合考虑这2个影响因素。     

某型发动机滑油供油导管裂纹分析

目的研究确定某发动机滑油供油导管裂纹性质及其产生原因。方法通过痕迹检查、断口观察、X射线能谱分析等试验方法,对滑油供油导管裂纹进行了综合分析。结果滑油供油导管的裂纹性质为疲劳裂纹,疲劳起始于波纹管第1波谷的外表面。结论波纹管存在装配张应力是导致滑油供油导管产生疲劳裂纹的原因;装配张应力是由于弯管焊接段与波纹管在焊接时不同轴造成的。     

高温环境下薄壁结构声疲劳失效验证技术研究

目的针对高温环境下薄壁结构声疲劳失效问题,研究分析薄壁结构在高温环境下的声疲劳失效特征,验证薄壁结构热声响应计算方法与疲劳寿命预估模型的有效性。方法较系统地阐述高温环境下薄壁结构声疲劳失效试验验证技术,重点总结热声疲劳试验环境建立与加载、高温环境下噪声测试、高温环境下动态响应测试和疲劳破坏寿命测试方法,并通过具体案例说明工程中试验验证方法的有效性。结果试验件在仿真计算与试验中的破坏位置一致,响应频率吻合较好,应力水平一致,疲劳寿命量级相当。结论薄壁结构热声响应计算方法与疲劳寿命预估模型的有效性高。