层状金属内嵌应力感知结构设计及超声波增材制造组织性能测试

作     者：王宇 白舒乐 王子琪 刘斌 冯立 赵文娟 郝俊辉 WANG Yu;BAI Shule;WANG Ziqi;LIU Bin;FENG Li;ZHAO Wenjuan;HAO Junhui

作者机构：中北大学材料科学与工程工程学院山西太原030051 

出 版 物：《兵工学报》 (Acta Armamentarii)

年 卷 期：2023年第44卷第12期

页      面：3783-3792页

核心收录：

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

基　　金：山西省基础研究计划面上项目(202103021224179) 

主　　题：结构设计 超声波增材制造 界面研究 冲击仿真 

摘      要：针对传统贴片式测试精度低、难以检测金属结构内部应力问题,提出一种振膜式层状金属内嵌应力感知结构。从振膜层厚度、振膜材质等方面进行材料选型和结构设计,采用超声波增材制造方式对铜/铝层状振膜结构进行增材制造,研究超声波固结后振膜/基体界面的互扩散、相组成及微观组织,采用有限元冲击仿真对传统贴片式结构和制造获得的层状内嵌应力感知结构进行应变模拟,对层状内嵌应力感知结构进行应变测试,研究层状金属内嵌应力感知结构的应变响应效果。研究结果表明:振膜层设计所得振膜形状为圆形膜,薄膜材料为纯铜,薄膜直径为20 mm,薄膜厚度为0.1 mm;超声波增材制造铜膜/铝基体之后,铜原子向铝层发生少量扩散但不产生新的金属间化合物,形成机械结合的齿合形貌。冲击仿真和应变测试结果均表明内嵌应力感知结构的应变响应效果比传统贴片式结构的应变响应效果精确。