检索结果-南通市图书馆

作者：朱梦成江苏大学

学位级别：硕士

连杆裂解技术是目前最先进的连杆生产技术,通过大头孔端发生脆性断裂,利用自然断面的三维凹凸结构定位、啮合连杆体与连杆盖。目前裂解技术的研究集中在工艺和材料,仍存在诸多缺陷,如大头孔失圆、掉渣、裂纹偏移等。为改善上述缺陷、扩... 详细信息

连杆裂解技术是目前最先进的连杆生产技术,通过大头孔端发生脆性断裂,利用自然断面的三维凹凸结构定位、啮合连杆体与连杆盖。目前裂解技术的研究集中在工艺和材料,仍存在诸多缺陷,如大头孔失圆、掉渣、裂纹偏移等。为改善上述缺陷、扩大连杆材料范围、降低工艺参数要求,以调质45钢为连杆材料,研究超声辅助连杆裂解技术,仿真并分析振幅、频率、槽深、张角和曲率半径对应力云图、应变、裂解力的影响,试验并分析振幅对裂解力与变形、韧脆转移和位错变化的影响,找出不同参数对裂解影响的一般性规律,更好地控制裂解质量。本文的主要研究内容和结论如下:(1)采用数值模拟的方法,研究了振幅、频率、槽深、张角和曲率半径对应变、裂解力等参数影响。结论如下:与频率相比,振幅对连杆裂解的影响较大;振幅15μm、频率20KHz时应变和裂解力最小,适合连杆裂解;槽深增加,连杆达到断裂的时间减少,应变和裂解力降低;张角对裂解的影响较复杂,不是单一的线性关系;张角30°试样应力集中最明显,最先断裂,且应变和裂解应力最小;曲率半径越小,试样塑性变形越小。(2)通过试验,研究了振幅对裂解力与变形影响。结论如下:振幅从0μm增加到15μm再增加到30μm时,连杆裂解所需的裂解力和拉伸机位移量均先减小后增加。在15μm时,试样所需裂解力最小,试样发生的变形也最小。(3)通过断口电镜扫描与分析,研究了振幅对裂解韧脆转移影响。结论如下:在振幅15μm附近存在一个阈值,振幅低于此阈值时,超声振动对裂解起主要作用,超声的低振幅“软化”和高振幅“硬化”效应与试验结果相符;振幅高于此阈值时,超声所带来的热效应凸显,导致断口塑性不断提高。在15μm时,断口表面平整无颈缩现象,断口整体脆性最强。(4)通过对裂解试样的XRD和TEM分析,研究了振幅对位错变化影响。结论如下:振幅从0μm增加到6μm时,断口位错密度降低,断口中心深度2mm处位错线变少、位错运动方向变得不明显;振幅从6μm增加到15μm时,断口位错密度增加,出现位错缠结与晶粒破碎痕迹;振幅从15μm增加到30μm时,断口位错密度降低,出现位错多滑移轨迹。振幅的增加会导致位错密度先减小后增加再减小,其断口塑性先提高后降低再提高,振幅对位错的影响导致了断口形貌的变化。在振幅15μm附近存在一个阈值,振幅为此阈值时,可以保证最小的裂解力和试样变形,也可以保证断口脆断、平整。

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人工神经网络在差厚拼焊板回弹预测中的应用研究

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作者：陈建希江苏大学

学位级别：硕士

拼焊板具有提高生产效率、降低生产成本、节约能源、适应环保、增加安全性等优势，在汽车工业中受到越来越多的重视。但是由于拼焊板薄厚两板间存在着厚度差，使得两边的应力应变有很大的不同，存在破裂、起皱、焊缝移动和回弹等问题。... 详细信息

拼焊板具有提高生产效率、降低生产成本、节约能源、适应环保、增加安全性等优势，在汽车工业中受到越来越多的重视。但是由于拼焊板薄厚两板间存在着厚度差，使得两边的应力应变有很大的不同，存在破裂、起皱、焊缝移动和回弹等问题。目前国内外对于拼焊板的破裂、起皱和焊缝移动等问题作了较为详细的研究，但对于回弹问题的研究较少。随着汽车制造精确度的提高、特别是我国汽车行业开展的2mm工程，对于拼焊板的回弹的研究就显得越来越重要。本文就在压边力作用下，针对具有纵向焊缝的拼焊板U形件的回弹问题进行了以下研究：1．针对厚度组合为1.2／0.8mm具有纵向焊缝的差厚拼焊板，在有压边力作用下的弯曲回弹进行了数值模拟和试验研究。研究了压边力大小及分布对拼焊板回弹和焊缝移动的影响。结果表明，压边力大小及分布对拼焊板回弹有着重要的影响，而且拼焊板回弹和焊缝移动存在着交互作用;通过增加压边力大小及适当地调整其分布可以达到减小回弹的目的。2．综合考察和评价了多个工艺参数对拼焊板回弹的影响。通过正交表安排试验，对具有纵向焊缝的差厚拼焊板的弯曲成形进行了数值模拟试验，并取得试验结果。从而研究了不同工艺参数对拼焊板弯曲回弹的影响程度，结果表明，除了压边力外的其他工艺参数如焊缝位置、凹模圆角半径、凸凹模间隙等参数对拼焊板回弹控制同样起到不可忽略的作用。3．建立了基于人工神经网络的工艺参数与拼焊板回弹量之间的非线性映射关系。利用正交试验获得的数据作为神经网络的训练样本，得到输入为工艺参数、输出为拼焊板回弹量的神经网络模型，并通过检验样本检验了神经网络模型的准确性，为参数优化及回弹预测做好准备。4．基于神经网络和正交试验的拼焊板回弹分析和工艺参数优化。在工艺参数的取值范围之内，用神经网络模型代替数值模拟试验，得出各个工艺参数对拼焊板回弹的影响趋势;结合正交设计法，对工艺参数进行优化。5．研究了人工神经网络在拼焊板弯曲回弹预测中的应用。利用人工神经网络强大的非线性映射能力，在训练样本的取值范围之内，给定一组工艺参数组合可以得到一个回弹量。正交试验和神经网络相结合在拼焊板回弹预测及工艺参数优化上的应用，在保证精度的前提下，明显节省了工艺制定的时间，提高了工艺设计的效率。

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厚板小孔构件激光冲击及复合强化研究

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作者：李旭江苏大学

学位级别：硕士

飞机上存在成千上万个连接孔、紧固孔等,而小孔结构是典型的应力集中细节,易在疲劳载荷下失效,这不仅造成经济损失,更存在着安全威胁,因此提高小孔构件的抗疲劳性能意义重大。激光冲击强化能够使小孔构件表面产生塑性变形,引入残余压应... 详细信息

飞机上存在成千上万个连接孔、紧固孔等,而小孔结构是典型的应力集中细节,易在疲劳载荷下失效,这不仅造成经济损失,更存在着安全威胁,因此提高小孔构件的抗疲劳性能意义重大。激光冲击强化能够使小孔构件表面产生塑性变形,引入残余压应力层,从而提高小孔构件的抗疲劳性能,但由于在表面形成的残余压应力深度有限,对于厚板其强化效果有限。超声振动辅助小孔挤压能减小芯棒拉拔力,提高芯棒的使用寿命,使小直径孔挤压强化得以实现,但挤压过后的小孔孔角处应力较大。为弥补上述两种强化方法的不足,更好的提高小孔构件的抗疲劳性能,本文提出激光冲击与超声振动挤压复合强化方法。本文采用理论分析,数值模拟,试验验证相结合的方法,对激光冲击强化,超声振动挤压强化与复合强化对7050-T7451铝合金小孔构件的强化效果进行对比研究,探索各种强化方法下残余应力的形成与作用机制,疲劳断口变化规律。研究的主要工作及结论如下:（1）通过对不同厚度的小孔试样进行激光冲击的理论分析,残余应力仿真分析,疲劳对比试验,发现小孔构件激光冲击强化厚度效应,主要结论为:不同板厚小孔构件激光冲击强化效果主要与孔壁应力分布有关;相同的激光功率密度下,不同板厚小孔构件表面形成的残余压应力大小及深度一定,但随着构件厚度的增加,孔壁拉应力薄弱区间增大,疲劳源易在此区域萌生,因此厚板小孔构件激光冲击效果低于薄板;当增加激光功率密度时,厚板孔壁中部残余拉应力区域虽然减小,但应力峰值升高,而且表面易烧蚀,冲击凹坑变大,板料变形量增加。所以厚板小孔构件采用激光冲击强化存在一定的局限性。（2）基于ABAQUS仿真软件对超声振动特性在芯棒挤压过程的影响进行探索,通过模态分析确定了芯棒的最佳振型与频率,分析了施加与不施加超声以及不同超声振幅下摩擦力的变化和孔壁残余应力的分布,结果表明,超声振动在芯棒挤压过程中起到减小摩擦力的作用,并确定了超声挤压采用的振幅大小,搭建了超声振动挤压试验平台。（3）通过以上的分析研究,提出将两者强化方法结合起来,形成了新型复合强化方法。采用ABAQUS对复合强化的激光功率密度与挤压量等重要参数对小孔残余应力分布的影响规律进行探索,结果表明在2.83GW/cm功率密度下及3%左右的挤压量下,孔壁出现较为平缓稳定且较大的残余压应力,并通过了试验验证,疲劳试验发现复合强化效果确实较其他方法具有显著的优势。（4）通过扫描电镜分析3种强化下的疲劳断口,发现疲劳源大多出现在强化后应力较大区域,且裂纹扩展有绕过残余压应力区域的趋势;复合强化疲劳源出现在试样表面,在激光冲击区域外,且疲劳扩展速率要低于另外两种强化方法的,说明复合强化在小孔孔壁与小孔周边表面形成较好的残余压应力场,有效的抑制了小孔应力集中区域内疲劳裂纹的萌生与扩展。本文通过对激光冲击强化、超声振动挤压强化与复合强化的对比研究,为实现提高小孔构件寿命贡献了新的强化方法。

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基于刀型Terfenol-D的超磁致伸缩传感器的研制及其激励实验研究

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作者：蒋俊俊江苏大学

学位级别：硕士

随着全球社会经济的发展,管道运输由于具有运输量大、连续性好、安全系数高、成本低等优点在五大运输方式中担任着不可或缺的角色。然而随着管道使用时间的过长,且由于环境及人为的影响,管道会出现不同程度和不同形式的损伤,包括划痕、... 详细信息

随着全球社会经济的发展,管道运输由于具有运输量大、连续性好、安全系数高、成本低等优点在五大运输方式中担任着不可或缺的角色。然而随着管道使用时间的过长,且由于环境及人为的影响,管道会出现不同程度和不同形式的损伤,包括划痕、破损、腐蚀等。管道的这些损伤会带来极大的能源浪费和经济损失,更为严重的是可能会造成人身伤亡事故,因此,管道检测尤为重要。由于常规的检测大多采用逐点检测的方法,检测速度慢,检测距离较短且效率低,而超声导波检测技术具有传播距离长,衰减小,检测效率高等优势越来越受到重视。在超声导波检测中,目前被用于管道检测最常见的传感器是压电式传感器,其敏感元件采用PZT,由于该材料的机电耦合系数较低,能量转化效率较差限制了检测距离。与PZT材料相比,超磁致伸缩材料Terfenol-D具有较高的机电耦合系数及能量转换效率,因此本文将超磁致伸缩材料Terfenol-D作为传感器的敏感元件,由于检测时需要与管道任意表面耦合,一般的长方体和圆柱状的振动元件无法满足。因此,本文将Terfenol-D设计成一种类似刀型的结构,能实现与管道任意表面耦合。采用理论与实验研究相结合的方式对超磁致伸缩传感器的内部组件进行了设计,并研究了传感器内部组件的主要参数对激励效果的影响,本文主要的研究工作和成果包括:1)为了研究传感器内部组件的各项参数对激励效果的影响,建立了管道检测实验系统,运用传输线法对传感器的内部各项参数进行实验研究,测试超磁致伸缩传感器的激励性能。2)为了使Terfenol-D传感器能适用于管道任意表面检测,采用模拟软件分析了刀型和长方体结构的Terfenol-D在相同信号下的振动情况,由于刀型结构存在其他方向的微小振动,本文配置了一种吸波材料,采用理论计算及实验的方式分析了背衬层的位置及厚度对激励信号的影响。3)对Terfenol-D传感器的激励幅值及信噪比两个方面进行研究,设计了偏置磁场及提供交变磁场的驱动线圈,采用实验的方式分析了线圈的各项参数及永磁铁对激励信号的影响规律。利用研制的刀型Terfenol-D超磁致伸缩传感器与电陶瓷传感器进行激励试验,分别从激励幅值、回波系数及定位精度进行了对比分析,研制的刀型Terfenol-D超磁致伸缩传感器激励性能具有突出的优势。

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驾驶室前围静力分析与失效研究

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作者：邵爱华江苏大学

学位级别：硕士

重型汽车的行驶路况较为恶劣,驾驶室作为重型汽车的重要总成,需要为驾驶人员提供良好的安全保障。重型汽车驾驶室为非承载式车身,驾驶室前端通过前围与前减震器悬架装配连接,车架扭转会引起驾驶室扭转,在反复作用下前围表面会产生结构... 详细信息

重型汽车的行驶路况较为恶劣,驾驶室作为重型汽车的重要总成,需要为驾驶人员提供良好的安全保障。重型汽车驾驶室为非承载式车身,驾驶室前端通过前围与前减震器悬架装配连接,车架扭转会引起驾驶室扭转,在反复作用下前围表面会产生结构断裂现象。为了使前围能够满足设计使用寿命和装配要求,其结构需要有足够的强度和刚度,同时也需提高驾驶的安全性和可靠性。本文以重型汽车驾驶室前围为研究对象,针对其在行驶的过程中出现的结构断裂现象进行研究。通过有限元分析其结构断裂原因,确定应力集中强度不足是导致其开裂的主要因素。随后进行静载试验,验证分析结果的可靠性。最后提出优化方案,并将优化方案与原结构作对比,验证优化方案的可行性,具体的研究内容如下:首先,本文对该重型汽车驾驶室前围进行结构分析、静力学分析和失效分析,并针对失效现象提出可能造成开裂的原因,寻找解决问题的办法和措施。其次,本文基于有限元理论,在驾驶室行驶的恶劣工况(扭转工况四种状态、紧急制动工况及紧急转弯工况)下对驾驶室前围进行有限元分析,由第四强度理论可知扭转工况四种状态下的应力值与前围材料的屈服极限值较接近,重型汽车在行驶的过程中存在很大的安全隐患,若长期处于恶劣行驶工况,前围可能出现断裂现象,为提高行驶的安全性,后续应对前围结构进行改进设计。然后,为验证前围有限元分析结果的准确性,本文将采用仿真与试验结合的方法,搭建前围静载扭转试验台,在试验台上通过控制驾驶室与减震器悬架的装配及受力,实现扭转工况四种状态的模拟,在综合参数应变仪上读取应变结果并对数据处理,与前围在同工况下的有限元分析结果对比,可知利用计算机分析技术准确、可靠。最后,根据前围的有限元分析和试验分析结果,确定前围的设计薄弱部位,采用增加加强筋的方法对前围结构进行改善,之后利用计算机分析技术对改进后的前围结构在扭转工况下进行分析。由结果可知,前围的强度和刚度得到提升,从而确保了重型卡车驾驶室的安全性,延长了产品寿命,减少了驾驶室前围结构失效导致的质量问题。

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不同细节结构激光冲击强化下的疲劳差异性研究

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作者：孟李林江苏大学

学位级别：硕士

飞机零部件中均存在着许多细节结构,如圆角、紧固孔等,这些细节结构在服役中容易出现疲劳断裂。不同细节结构激光冲击的疲劳差异性较大,故研究各类细节结构激光冲击下的残余应力差异性来预测其疲劳性能。本文基于理论研究、数值分析,结... 详细信息

飞机零部件中均存在着许多细节结构,如圆角、紧固孔等,这些细节结构在服役中容易出现疲劳断裂。不同细节结构激光冲击的疲劳差异性较大,故研究各类细节结构激光冲击下的残余应力差异性来预测其疲劳性能。本文基于理论研究、数值分析,结合试验验证对不同细节结构激光冲击的疲劳差异性进行了具体研究,其主要内容如下:(1)论述了激光冲击靶材的残余应力场的形成机制,基于应力强度因子理论分析了各细节结构几何特征差异对激光冲击效果与应力强度因子的影响,并对不同细节结构的裂纹扩展进行了理论分析。(2)基于ABAQUS软件对不同类型曲率结构在激光冲击下的残余应力分布进行了研究,并具体分析了不同半径圆角、不同直径圆棒、不同板厚小孔件的残余应力分布的差异性。结果表明:不同曲率结构表面残余压应力与压应力层深度随曲率增大而增大;圆角R3的整体残余应力分布优于R6,两者残余压应力的差异随峰值压力与脉宽的增大而减小,直到出现饱和;不同直径圆棒表面的残余压应力与轴线的残余拉应力均随直径减小而增大,且与峰值压力呈正相关;不同板厚小孔的孔壁内残余拉应力与拉应力区间随板厚增大而增大,其结构的应力穿透力的不同而对激光能量需求差异较大。(3)基于ABAQUS软件模拟了各细节结构的应力集中分布,并计算其有效应力水平。结果表明:圆角的应力集中在圆角根部,圆角R3的集中应力大于R6,经激光冲击后两者差值减小;圆棒表面集中应力最大且随直径减小而增大,经激光冲击后圆棒内部有效应力水平都大幅提高;不同板厚小孔的应力集中差异不大,经激光冲击后孔角处的有效应力水平大幅下降,但孔壁内的有效应力水平随板厚增大而增大。最后,根据各细节结构的有效应力水平对其疲劳增益进行了评估。(4)对细节结构双联试样进行激光冲击与疲劳试验,结果表明:经激光冲击的圆角R3与R6试样的疲劳增益均较好,且圆角R3的疲劳增益较大,疲劳源均由圆角根部转移至其深度方向;激光冲击后圆棒试样的拉伸疲劳增益均为负值,其疲劳源均转移至内部,而其旋弯疲劳试验的疲劳增益均较大;不同板厚小孔试样经激光冲击后疲劳增益均较好,且薄板小孔疲劳增益略优于厚板小孔,其疲劳源均由孔角转移至孔壁。试验结果与仿真模拟结果一致。圆角结构(凹面)经激光冲击的残余拉应力迅速扩散,而圆棒结构(凸面)经激光冲击的残余拉应力积聚在轴线附近。经激光冲击后的凹面结构的拉伸疲劳增益均较优,而凸面结构或双面冲击的平板结构容易积聚残余拉应力对其拉伸性能存在较大负面作用。

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激光功率密度对钛合金小孔结构三维应力分布及疲劳的影响研究

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作者：季彬江苏大学

学位级别：硕士

在飞机结构上,紧固孔是十分常见的零件特征结构,由于飞机工作环境十分恶劣,而小孔又是典型的应力集中结构,因此往往在该区域出现疲劳裂纹。激光冲击强化是一种新型强化方式,与传统的强化方式相比具有众多的优势。国内外众多的研究仅仅... 详细信息

在飞机结构上,紧固孔是十分常见的零件特征结构,由于飞机工作环境十分恶劣,而小孔又是典型的应力集中结构,因此往往在该区域出现疲劳裂纹。激光冲击强化是一种新型强化方式,与传统的强化方式相比具有众多的优势。国内外众多的研究仅仅局限在表面残余应力测量及孔壁残余应力的分析,而小孔结构附近的三维应力对强化后的疲劳增益有显著的影响,因此研究不同的激光参数对小孔结构的三维应力分布对小孔结构疲劳寿命的预测具有重要意义。本文基于数值模拟和试验的方法对激光功率密度对钛合金小孔结构三维应力分布及疲劳寿命的影响做了具体研究,其主要研究内容如下:(1)以ABAQUS有限元分析软件为基础,建立了钛合金小孔结构激光冲击强化的数值模拟模型,分析了不同激光冲击参数下小孔结构的三维应力分布规律。结果表明:当冲击层数为一层时,小孔结构件A面(先冲击表面)与B面(次冲击表面)的残余应力分布有较大的差异,且差异值随着峰值压力增大而增大。当冲击层数为两层时,在峰值压力不断增大的情况下,孔壁残余拉应力峰值呈现先增大后减小趋势,当峰值压力达到5GPa时,孔壁残余拉应力峰值达到最大;从表面残余应力分布来看,在冲击区域内为残余压应力,在冲击区域外为残余拉应力,且随着峰值压力逐渐增大,冲击区域内的残余压应力逐渐增大,但存在一个饱和值;在冲击区域外,残余拉应力随着峰值压力增大而增大。(2)通过FE-SAFE有限元分析软件对完成激光冲击强化的钛合金小孔结构进行疲劳寿命分析,结果表明:从疲劳寿命云图看,经激光冲击强化后的小孔结构疲劳寿命最低点都出现在孔壁位置上,且随着峰值压力增大,孔壁位置上的疲劳危险薄弱区间的长度逐渐减小;在冲击区域外,小孔结构件的疲劳危险性逐渐升高;在不同峰值压力下,小孔结构所对应的疲劳寿命也呈现不同变化,随着峰值压力增大,其疲劳寿命呈现先增大后减小,然后继续增大的情况。(3)根据仿真分析结果选取合理的激光冲击参数及疲劳试验参数,对6mm钛合金双联小孔试样进行激光冲击强化试验,并对冲击强化后的试样进行残余应力测量和疲劳试验,结果如下:残余应力测量结果与数值模拟结果相比存在一定的误差,但具有一致的变化趋势;随着激光功率密度增大,小孔结构的疲劳寿命增益呈现先增大后减小,然后继续增大的变化趋势,与仿真结果相一致。(4)通过对典型疲劳断口进行形貌分析,结果认为:未冲击端小孔断口的疲劳源出现在孔角附近,而冲击端疲劳源均出现在孔壁上;另外,当功率密度较小时,在孔壁的产生的疲劳源较多,且较分散较大,当功率密度较大时,疲劳源分散较集中。通过研究激光功率密度对小孔结构三维应力及疲劳寿命的影响,并分析了内在原因,这对激光冲击强化时参数选择具有指导意义。

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基于角谱传播的管道超声导波成像检测研究

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作者：陈志伟江苏大学

学位级别：硕士

管道在石油、天然气等易燃易爆物质的运输中应用广泛,对其的安全检测不容忽视。超声导波管道检测技术具有检测距离长、效率高的特点,非常适合里程巨大管线的检测。但现有导波检测所得结果均比较抽象,无法直观的得到缺陷信息,若能利用导... 详细信息

管道在石油、天然气等易燃易爆物质的运输中应用广泛,对其的安全检测不容忽视。超声导波管道检测技术具有检测距离长、效率高的特点,非常适合里程巨大管线的检测。但现有导波检测所得结果均比较抽象,无法直观的得到缺陷信息,若能利用导波技术对管道进行成像检测,那么检测结果就可以用图像直观呈现,检测技术也就更容易被检测人员理解与掌握,从而使导波技术更快更好的应用于管道检测中。本文以超声导波理论为基础,结合角谱传播原理的声场成像理论,提出了基于角谱传播的管道导波成像方法,并通过数值模拟和试验的方式,成功对管道进行了成像检测,并利用所得图像对缺陷进行了定位和定量研究。本文的主要工作和结论有:1)阐述了超声导波理论和基于角谱传播原理的声场成像理论,根据导波检测的特点建立了基于角谱传播的管道导波成像的理论模型,并设计了成像算法。2)利用ANSYS有限元分析软件建立了管道导波成像检测的分析模型,研究了不同导波模态、激励信号、传感器布置、有效频带“BE”下的成像效果。结果表明,导波频散越小、波长越短,成像的轴向分辨率越好;周向均布的传感器个数越多,成像受干扰模态影响越小;有效频带“BE”达到一定值时,就可以获得与全频带基本相同的成像效果。根据以上结论确定了成像检测,使用T(0,1)模态、5周期汉宁窗调制正弦信号,激励节点个数为40个,75kHz的激励频率下,有效频带“BE”为35-115kHz。3)利用设计的成像算法得到了导波的角谱及其成像数据,研究了缺陷尺寸周向变化和轴向变化管道中导波的模态转换及其成像检测。对模态转换的研究发现,缺陷周向尺寸越大,转换产生的弯曲模态导波比重越大;而缺陷轴向尺寸的增加,弯曲模态导波比重未有明显的增多;T(0,1)模态转换产生的模态类型基本不随缺陷的变化而变化,主要为F(1,2)、F(2,2)、F(3,2)、F(4,2)等模态。对成像检测的研究发现,缺陷和管道特征的准确位置均能从检测图像中直接得到,周向定位精度可达±5°,轴向定位精度可达±12mm;对于周向尺寸大于所用导波波长的缺陷,可以利用3/4周向幅值宽来对其进行定量的判定。4)搭建了成像试验系统,对管道导波成像方法进行了试验验证研究。研究表明,所用成像方法可以对实际管道进行成像检测,检测图像准确反映了缺陷和管道特征的位置信息,周向缺陷的轴向定位精度可达±8mm;同时根据数值模拟所得结论,对周向缺陷进行了定量的试验研究。本文使用超声导波对管道进行成像检测,通过数值模拟与试验研究,验证了基于角谱传播的管道导波成像方法的正确性,研究工作为管道导波成像检测提供了理论与工程应用依据。

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脉冲电流辅助激光冲击2024铝合金的强化机理研究

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作者：董正乾江苏大学

学位级别：硕士

对于高强度大厚度工件,激光冲击强化(Laser shock peening,LSP)工艺存在厚度效应,达不到预期强化效果,并且因引入的残余应力的不合理分布,易导致疲劳寿命的负增益;提高激光能量可以减少厚度效应影响,但大能量激光器成本高、使用环境苛... 详细信息

对于高强度大厚度工件,激光冲击强化(Laser shock peening,LSP)工艺存在厚度效应,达不到预期强化效果,并且因引入的残余应力的不合理分布,易导致疲劳寿命的负增益;提高激光能量可以减少厚度效应影响,但大能量激光器成本高、使用环境苛刻。针对以上问题,提出脉冲电流(Electric pulsed,EP)辅助激光冲击强化工艺(Electric pulsed assisted laser shock peening,EP-LSP),在激光冲击加工时同步施加脉冲电流,通过电致塑性效应降低材料的变形抗力、提高其塑性和成形性能,以解决激光冲击强化所存在的问题。论文以2024航天铝合金为研究对象,结合理论分析、数值模拟以及试验表征方法,探索了EP-LSP对2024铝合金微观组织和力学性能的影响规律,提出了脉冲电流辅助激光冲击强化机理。主要结论和创新性成果如下:(1)根据试样材料、尺寸和使用环境,确定了脉冲电源发生装置和绝缘夹具;在激光冲击平台基础上,设计了脉冲电流辅助激光冲击复合强化方案,在保证强化效果的同时,达到系统绝缘安全,搭建了脉冲电流辅助激光冲击强化同步加载平台。(2)基于激光冲击强化理论及脉冲电流的电致塑性效应理论,分析了“激光冲击”与“电致塑性”共致理论,获得了2024铝合金塑性变形行为与残余应力形成机制和规律;修正了2024铝合金Johnson-cook本构模型,以及EP-LSP过程中材料参数,建立了脉冲电流辅助激光冲击强化有限元模型,基于以上模型分析发现,相同激光冲击层数下,EP-LSP较LSP诱导了更高的残余压应力和更深的残余压应力层,EP可以减小LSP强化至饱和的次数。(3)通过脉冲电流辅助激光冲击强化实验研究,探索了激光冲击强化和脉冲电流辅助激光冲击复合强化两种工艺下2024铝合金的微观组织与力学性能变化规律。结果表明,EP-LSP较LSP诱导的2024铝合金塑性变形更为严重,晶粒细化程度更高;EP-LSP的XRD图谱半高宽大于LSP,而且发生衍射峰右移现象,EP-LSP诱导晶粒细化程度更高并引入了更大残余应力;EP-LEP较LSP引入了更高密度的位错结构,相比LSP引入的位错网和位错墙,EP-LSP试样还发现位错缠结和胞状位错结构;EP-LSP诱导了2024铝合金发生动态析出,析出相为纳米级S相(AlCuMg);EP-LSP较LSP诱导了更高的显微硬度、弹性模量和残余压应力,以及更深的强化层。(4)提出了脉冲电流辅助激光冲击2024铝合金的强化机理。研究发现,EP-LSP诱导的残余压应力层深度增加是由于电致塑性的焦耳热效应和纯电致塑性效应造成的热软化和纯电致塑性效应导致初始屈服应力的降低;EP-LSP增加了可动位错的同时,增加了潜在的成核位点,通过动态析出效应使得材料的显微硬度和弹性模量提高,同时进一步提高位错与动态析出相的相互作用;在多次EP-LSP后2024铝合金内部出现高密度位错、位错胞及亚晶界的结构,晶粒细化程度较LSP更高,这些微观结构诱导的位错网和位错墙结构对位错有更强阻碍作用,EP-LSP强化至饱和的次数会较LSP更少。

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连杆材料的高频振动裂解机制与断口分析

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作者：沙德利江苏大学

学位级别：硕士

连杆裂解是以断裂力学、应力集中理论为基础,通过人造应力集中源和快速胀断实现连杆体与连杆盖的断裂分离,通过断裂后犬牙交错的三维断裂面实现连杆体与连杆盖的精确啮合的工艺技术。该技术对材料要求较高,既要求材料在使用中具备较好... 详细信息

连杆裂解是以断裂力学、应力集中理论为基础,通过人造应力集中源和快速胀断实现连杆体与连杆盖的断裂分离,通过断裂后犬牙交错的三维断裂面实现连杆体与连杆盖的精确啮合的工艺技术。该技术对材料要求较高,既要求材料在使用中具备较好的力学性能,又要求在裂解工艺中实现脆性断裂与断后装配,这限制了连杆材料的使用范围。为了突破材料的局限性,并解决目前存在的加工缺陷等问题,本文提出了在传统的连杆裂解过程中加入超声振动进行辅助的方法。本文以45钢为实验材料,通过仿真模拟分析超声振幅、频率、裂解速度、槽深对裂解力、变形量及应力云图的影响,通过高频振动裂解实验研究超声振幅对裂解力、大头孔变形量、断裂线偏移量及断口的影响机理。本文的主要研究内容及结论如下:(1)以连杆裂解理论和高频振动理论为基础,通过理论计算与经验优化相结合的方法选用了他激式超声波发生器,设计了压电陶瓷式换能器和阶梯型变幅杆,通过半波长法设计了楔形工具头并仿真验证其固有频率,最后搭建了非共振状态的高频振动裂解实验装置。(2)以ABAQUS软件为基础,建立了高频振动辅助连杆裂解的有限元模型,分析了振幅、频率、速度、槽深对裂解力等参数的影响。研究发现:与常规无振动裂解相比,高频振动辅助裂解可以减小裂解力及大头孔变形量;振幅对裂解力和大头孔变形量的影响较大,并存在一个最佳的振幅值使裂解力最低;频率的变化会影响裂解力及变形量的大小,较低的超声频率改善效果更佳;裂解速度和裂解槽深度对应力分布的影响较大,速度或槽深越大,应力集中程度越显著,裂解力越小,起裂时产生的塑性变形更小,更利于连杆的裂解。(3)通过高频振动裂解实验分析了振幅参数对裂解力、大头孔变形量和断裂线偏移量的影响。结果表明:振幅对裂解力的影响较大,不同振幅下的高频振动均可以减小裂解力、裂解行程和断裂线偏移量,当振幅较低或较高时,大头孔的变形量均显著高于常规无振动裂解;在振幅区间中部存在一个最佳的振幅,在此条件下的裂解力、裂解行程、大头孔变形量和断裂线偏移量均最小。(4)观察试样的断口,发现高频振动可以提高裂解槽根部区域的脆性,使裂纹更早地在槽底部出现并扩展。当振幅较低时,高频振动会小幅提高材料的塑性,断口整体表现为韧性断裂;当振幅居中时,裂纹扩展区和快速断裂区均出现较多的撕裂棱和台阶,提高了断口的脆性;当振幅较高时,胀套和大头孔间的挤压力限制并削弱了高频振动的作用,使较多超声能量转变为热能传递给试样,提高了材料的塑性,不利于连杆的裂解。通过对高频振动辅助连杆裂解进行研究发现:振幅、频率、速度、槽深参数的改变均会对裂解产生影响,高频振动的加入并不一定对裂解有利,在幅值范围中部存在一个最佳的振幅,使得裂解力最小,大头孔变形量最小,断口的脆性得到增强,更适合用于连杆裂解。

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