三維智能金屬結(jié)構(gòu)（鈦合金）超聲波固結(jié)成型研究

在本項目資助下，項目組集成了高頻超聲振動試驗機和數(shù)字材料萬能試驗設(shè)備，完成了鋁合金、鈦合金超聲激勵力學(xué)性能實驗的探索，并對所繪制的應(yīng)力-應(yīng)變曲線進(jìn)行了分析，為鈦合金超聲波固結(jié)試驗研究提供了一定的實踐和理論基礎(chǔ)。以現(xiàn)有的超聲波發(fā)生器為雛形，設(shè)計完成了適合高硬度鈦合金的超聲波發(fā)生器，采用等離子噴涂方法，發(fā)生器表面獲得了高硬度的陶瓷粉末涂層。開展了無電流輔助下鈦合金超聲波固結(jié)試驗，對實驗結(jié)果進(jìn)行了對比分析，給出了最佳實驗參數(shù)。對界面微觀織構(gòu)變化進(jìn)行了分析，包括晶粒尺寸及形態(tài)、晶粒取向及取向差、晶界特征等的統(tǒng)計分析。結(jié)合鈦合金超聲激勵壓縮實驗結(jié)果和基于超聲固結(jié)熱、聲軟化效應(yīng)的計算分析模型為理論依據(jù)，建立了鈦合金超聲固結(jié)熱-機耦合有限元模型。對通輔助高頻交流電下的鈦合金超聲固結(jié)進(jìn)行了相關(guān)實驗，分析了電阻熱軟化效應(yīng)對鈦合金超聲固結(jié)的影響機制。數(shù)值計算了電流輔助下鈦合金超聲固結(jié)的溫度場變化、塑性流動和應(yīng)力場變化情況。對FBG傳感器進(jìn)行了混合鍍（化學(xué)鍍和電鍍）鎳、銅實驗（簡稱MFBG），研究了鍍層對FBG傳感器溫度傳感性能的影響。進(jìn)行了MFBG傳感器埋入到鈦合金的超聲固結(jié)實驗，研究了鍍層與基體的相容性和擴散機制。超聲固結(jié)下成功埋入了MFBG傳感器至鈦合金基體中，并獲得了良好的力學(xué)性能和溫度傳感性能。數(shù)值模擬了埋入后基體金屬的塑形流動情況。設(shè)計完成了超聲波固結(jié)設(shè)備和數(shù)控銑床的集成模式，實現(xiàn)了這兩種設(shè)備的集成制造，為鈦合金零件的修復(fù)提供了思路。 2100433B

超聲波固結(jié)成型是一種全新的金屬層層堆積快速制造技術(shù)，在美國和英國已經(jīng)受到政府和國防部門高度重視，在相關(guān)高校已經(jīng)進(jìn)行系列研究，然而研究材料主要集中在鋁合金上，對鈦合金超聲波固結(jié)成型機理及其三維智能結(jié)構(gòu)的研究尚未見報道。鈦合金由于具有密度小、比強度高、耐高溫、抗腐蝕等優(yōu)點，在航空航天等軍事工業(yè)和汽車等民用工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用日益廣泛。本課題以鈦合金為研究對象，研究其超聲波固結(jié)機理，探討鈦合金材料在超聲振動下的體積效應(yīng)、表面效應(yīng)和熱效應(yīng)。研究FBG光纖光柵傳感器嵌入下的三維鈦合金智能結(jié)構(gòu)制造，研究FBG光纖與金屬基體的相容性，包括FBG的傳感性能、FBG嵌入對基體塑性流影響等。研究綜合超聲波焊接技術(shù)和高速銑削技術(shù)來快速制造三維鈦合金智能金屬結(jié)構(gòu)技術(shù)，并應(yīng)用該方法于鈦合金重要零件的修復(fù)上。

《土質(zhì)路基三維固結(jié)變形理論及其應(yīng)用》較為系統(tǒng)、全面地闡述了土質(zhì)路基三維固結(jié)理論及其應(yīng)用，集中體現(xiàn)作者近年來關(guān)于土質(zhì)路基三維固結(jié)變形的研究理論及其成果，同時結(jié)合工程實踐，提出了解決實際工程中技術(shù)難題的方法、措施。全書共八章，內(nèi)容包括緒論、土質(zhì)路基三維固結(jié)的數(shù)值解法、統(tǒng)一強度理論在邊坡穩(wěn)定性分析中的應(yīng)用、高路堤離心模型試驗研究、土質(zhì)路基固結(jié)變形預(yù)測模型研究、土質(zhì)路基應(yīng)力分區(qū)及其壓實度標(biāo)準(zhǔn)研究、土質(zhì)路基容許工后不均勻沉降指標(biāo)研究、土質(zhì)路基固結(jié)變形控制方法研究。

《土質(zhì)路基三維固結(jié)變形理論及其應(yīng)用》可供公路工程、鐵道工程、建筑工程、水利工程和土木工程專業(yè)等科技人員以及高等院校相關(guān)專業(yè)師生、研究生參考。2100433B

按照前期固結(jié)壓力與現(xiàn)有壓力相對比的狀況，可將土（主要為粘性土和粉土）分為正常固結(jié)土、超固結(jié)土（超壓密土）和欠固結(jié)土三類。正常固結(jié)土層在歷史上所經(jīng)受的先期固結(jié)壓力等于現(xiàn)有現(xiàn)有覆蓋土重。在研究沉積土層的應(yīng)力歷史時，通常把土層歷史上所經(jīng)受過的先期固結(jié)壓力p_c與現(xiàn)有覆蓋土重p₁進(jìn)行對比，兩者的比值定義為超固結(jié)比（OCR）。正常固結(jié)土、超固結(jié)土和欠固結(jié)土的超固結(jié)比分別為OCR=1、OCR>1和OCR<1。

當(dāng)考慮土的應(yīng)力歷史進(jìn)行沉降計算時，應(yīng)進(jìn)行高壓固結(jié)試驗，確定先期固結(jié)壓力、壓縮指數(shù)等。確定先期固結(jié)壓力最常用的方法是

卡薩格蘭德經(jīng)驗作圖法，步驟如下：

1從e-logp曲線上找出曲率半徑最小的一點A，過A點作水平線A1和切線A2；

2作∠1A2的平分線A3，與e-logp曲線中直線段的延長線相交于B點；

3B點所對應(yīng)的有效應(yīng)力就是先期固結(jié)壓力。