裂紋柔度法的鋁合金預(yù)拉伸板內(nèi)部殘余應(yīng)力測試

通過分析試件應(yīng)力分布的均勻性,對裂紋柔度法和層削法測試結(jié)果的有效性進(jìn)行了評價(jià)。結(jié)果表明:深層應(yīng)力測試方法能有效描述應(yīng)力分布均勻的試件內(nèi)應(yīng)力的真實(shí)分布;對于應(yīng)力分布均勻性差的試件,測試結(jié)果反映的是綜合應(yīng)力,不能有效描述內(nèi)應(yīng)力的真實(shí)分布,內(nèi)應(yīng)力分布的準(zhǔn)確描述需要結(jié)合有限元仿真、表面測試和深層應(yīng)力測試進(jìn)行綜合評價(jià)。

運(yùn)用有限元法對7075鋁合金厚板預(yù)拉伸過程進(jìn)行了數(shù)值模擬,獲得了預(yù)拉伸板內(nèi)部的殘余應(yīng)力分布,研究了預(yù)拉伸量對殘余應(yīng)力演變的影響。采用裂紋柔度法對淬火板和預(yù)拉伸板(拉伸量分別為1.8%、2.2%和2.5%)進(jìn)行了殘余應(yīng)力檢測,計(jì)算得到了不同工藝下鋁厚板內(nèi)部的殘余應(yīng)力分布。結(jié)果表明:預(yù)拉伸能夠大幅消減淬火殘余應(yīng)力,當(dāng)拉伸量為2.2%左右時(shí),殘余應(yīng)力減少至±20mpa,能夠滿足后續(xù)加工的要求。

利用msc.marc非線性有限元軟件建立了一個(gè)淬火-預(yù)拉伸模型,并利用該模型對7075鋁合金厚板進(jìn)行了仿真研究。仿真結(jié)果表明,對于7075鋁合金的最佳拉伸量為2.0%～2.5%,預(yù)拉伸后板內(nèi)殘余應(yīng)力降低幅度可達(dá)90%以上,且殘余應(yīng)力分布形式由淬火態(tài)的"m"型演變?yōu)轭A(yù)拉伸后的"w"型;隨著拉伸量的增加鋁板內(nèi)塑性變形合格的區(qū)域逐漸增加,可利用預(yù)拉伸中的等效應(yīng)力分布狀態(tài)確定鋸切區(qū)。若提供適當(dāng)?shù)臍堄鄳?yīng)力測試結(jié)果,利用有限元仿真模型可有效地揭示鋁合金厚板淬火-預(yù)拉伸內(nèi)部殘余應(yīng)力的演變規(guī)律。

采用層削法對2a12鋁合金淬火厚板在預(yù)拉伸前后的殘余應(yīng)力進(jìn)行了測定,厚板的淬火采用陣列噴淋及水浴兩種方式。結(jié)果表明:兩種淬火方式在厚板內(nèi)部都形成了"內(nèi)拉外壓"的典型分布規(guī)律;噴淋方式的淬火強(qiáng)度相對較低,只在厚板靠近表層的地方形成了較大的殘余應(yīng)力,內(nèi)部靠近中面的位置殘余應(yīng)力水平接近于0;水浴方式淬火強(qiáng)度更大,在厚板整個(gè)厚度上形成了單調(diào)連續(xù)分布的殘余應(yīng)力;預(yù)拉伸使噴淋和水浴兩種淬火板內(nèi)的殘余應(yīng)力都大幅度消減;強(qiáng)度更高的淬火工藝加大了板內(nèi)金屬力學(xué)性能的不均勻性,減弱了殘余應(yīng)力消減的效果。

基于有限元軟件msc.marc,對7075鋁合金厚板淬火過程和預(yù)拉伸過程進(jìn)行參數(shù)化模擬。以淬火殘余應(yīng)力作為初始條件讀入預(yù)拉伸模型,利用生死單元技術(shù),對預(yù)拉伸機(jī)夾具的夾緊和放松進(jìn)行模擬,并對拉伸機(jī)理進(jìn)行研究。研究結(jié)果表明:在拉伸過程中,表層金屬應(yīng)力由受壓逐漸變?yōu)槔瓚?yīng)力,而內(nèi)層金屬一直受拉應(yīng)力作用,松開夾具后,鋁合金厚板回彈,應(yīng)變出現(xiàn)松弛,應(yīng)力大大減小;隨著拉伸量的增加,殘余應(yīng)力隨之減小;而塑性變形隨之增加;當(dāng)拉伸量相同時(shí),殘余應(yīng)力隨鋁合金板厚的增加而增加,為達(dá)到消除殘余應(yīng)力的最佳效果,預(yù)拉伸量需隨板厚的增加而增加;在滿足應(yīng)力消除效果的前提下,拉伸量應(yīng)取較小值。

采用非線性有限元軟件msc.marc,結(jié)合淬火和預(yù)拉伸實(shí)驗(yàn),建立厚板淬火-預(yù)拉伸應(yīng)力預(yù)測模型時(shí),運(yùn)x射線衍射技術(shù)的層削測試方法驗(yàn)證了此模型。結(jié)果表明:應(yīng)力場預(yù)測模型計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測算吻合較好,其中淬火應(yīng)力平均偏差小于10%;有效的實(shí)驗(yàn)測試可以對有限元預(yù)測模型的建立進(jìn)行改進(jìn)和檢驗(yàn);理想假設(shè)的存在使得預(yù)測結(jié)果與實(shí)際有所偏離,但應(yīng)力預(yù)測趨勢仍可有效揭示厚板的應(yīng)力演變規(guī)律。

采用鉆孔法對經(jīng)不同拉伸量的60mm厚6061鋁合金預(yù)拉伸板進(jìn)行殘余應(yīng)力的測量,分析其現(xiàn)存殘余應(yīng)力大小與拉伸量的匹配關(guān)系。結(jié)果表明:對于60mm厚的6061預(yù)拉伸板經(jīng)拉伸率1.9%左右的預(yù)拉伸后,其殘余應(yīng)力較低。

利用ansys有限元分析軟件,通過apdl語言編程,實(shí)現(xiàn)了不同預(yù)拉伸應(yīng)力條件下鋁合金平板對接焊過程中,溫度場及應(yīng)力場的模擬分析。計(jì)算結(jié)果表明,預(yù)拉伸焊接法可以有效地控制焊接殘余應(yīng)力,隨著預(yù)拉伸應(yīng)力的增大,其焊后殘余應(yīng)力值逐漸減小。當(dāng)預(yù)拉伸應(yīng)力σp從0增加到90%σ0.2時(shí),縱向殘余應(yīng)力降低了85.6%。模擬分析結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果基本吻合。

運(yùn)用裂紋柔度法檢測了7075-t73、t7351、t7352鋁合金板中的殘余應(yīng)力。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn):應(yīng)變測量誤差主要源自在試驗(yàn)后期試樣重力的影響以局部溫度變化的影響。在裂紋柔度法計(jì)算中引入權(quán)函數(shù)能有效的抑制測量誤差,提高殘余應(yīng)力檢測精度。用梁彎曲試驗(yàn)對裂紋柔度法試驗(yàn)結(jié)果作了驗(yàn)證,提出了權(quán)函數(shù)參數(shù)(t1,t2)的設(shè)置方法,試驗(yàn)結(jié)果與理論值取得良好一致。試驗(yàn)結(jié)果表明:鋁合金板的預(yù)拉伸工藝可消除約90%的殘余應(yīng)力。壓縮工藝可獲得壓縮的殘余應(yīng)力,對應(yīng)力消除的效果最佳。

殘余應(yīng)力測試技術(shù)的進(jìn)展與動(dòng)向 作者：王慶明，孫淵，wangqing-ming，sunyuan 作者單位：王慶明,wangqing-ming(華東理工大學(xué),機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院,上海,200237)，孫淵,sun yuan(上海電機(jī)學(xué)院,機(jī)械工程學(xué)院,上海,200240) 刊名： 機(jī)電工程 英文刊名：mechanical&electricalengineeringmagazine 年，卷(期)：2011,28(1) 參考文獻(xiàn)(70條) 1.曾慶林;張立華;徐濟(jì)進(jìn)振動(dòng)焊接技術(shù)在工程中的應(yīng)用[期刊論文]-機(jī)械研究與應(yīng)用2009(04) 2.curfsc.kirsteino.studerajresidualstressmeasurementsinaustralia:presentandfuture2005 3.章莎;周

鋁合金板材在淬火后產(chǎn)生很大的殘余應(yīng)力，使其在機(jī)械加工過程中發(fā)生變形。對淬火應(yīng)力產(chǎn)生的原因及消除方法進(jìn)行了探討，從理論上對給定條件下的拉伸后殘余應(yīng)力進(jìn)行分析、確認(rèn)，消除殘余應(yīng)力的關(guān)鍵在于位伸過程。

鈦合金薄板激光和鎢極氬弧焊殘余應(yīng)力測試研究——采用小孔釋放法對鈦合金薄板激光焊和鎢極氬弧焊(tig焊)的焊接殘余應(yīng)力進(jìn)行了測試，并分析了焊接方法、焊接線能量和焊后熱處理對殘余應(yīng)力分布規(guī)律的影響。研究結(jié)果表明：激光焊殘余應(yīng)力分布規(guī)律與普通熔焊方法相...

厚鋁板殘余應(yīng)力的存在會嚴(yán)重的影響板材后續(xù)機(jī)加工的穩(wěn)定性和產(chǎn)品的合格率,甚至?xí)?dǎo)致加工結(jié)構(gòu)件的變形及報(bào)廢,必須嚴(yán)格控制。文章就殘余應(yīng)力的各種測試技術(shù)及其應(yīng)用,以及殘余應(yīng)力消減方法進(jìn)行了探討。

為了探求鋁合金預(yù)拉伸厚板變形特點(diǎn)對應(yīng)力場的影響,結(jié)合實(shí)驗(yàn)和有限元仿真,揭示了預(yù)拉伸工藝下厚板非均勻區(qū)應(yīng)力演變規(guī)律.在不同尺寸厚板和不同工藝下,運(yùn)用實(shí)驗(yàn)預(yù)拉伸機(jī)仿真模型,分析夾持區(qū)和過渡區(qū)應(yīng)力場演變機(jī)理和規(guī)律.分析結(jié)果表明,非均勻區(qū)多樣化的應(yīng)力分布特點(diǎn),不僅影響了厚板夾持穩(wěn)定性,也對材料拉伸后的鋸切率造成影響.拉伸時(shí),夾持長度應(yīng)不小于2倍試件厚度以保證拉伸穩(wěn)定性.同時(shí),過渡區(qū)范圍與板厚度有關(guān),其范圍約為板厚的60%～70%,參考鋸切長度為板厚3倍為宜.

無縫ta18鈦合金管材的制備通常要經(jīng)歷大變形量的冷軋工藝,不可避免地引入殘余應(yīng)力。本實(shí)驗(yàn)利用x射線殘余應(yīng)力測試技術(shù),對不同工藝條件制備的ta18(ti-3al-2.5v)合金多種規(guī)格冷軋管材外表面的殘余應(yīng)力進(jìn)行了測試,并對比了管材切向殘余應(yīng)力的差別,針對其差別討論了可能產(chǎn)生的原因。結(jié)果表明,工藝不當(dāng)會導(dǎo)致鈦合金管材在切向呈現(xiàn)拉應(yīng)力,而適宜的工藝則在鈦合金管材的切向形成壓應(yīng)力。殘余拉應(yīng)力顯著地降低材料的應(yīng)力腐蝕抗力和疲勞抗力,而殘余壓應(yīng)力卻可以不同程度地提高材料的疲勞壽命。因此,對比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得出,ta18管材需要穩(wěn)定制備工藝,從而達(dá)到殘余壓應(yīng)力的應(yīng)力狀態(tài),才能擁有更好的服役性能。

近年來,國產(chǎn)高性能建筑結(jié)構(gòu)用鋼由于其優(yōu)良的力學(xué)性能,特別是強(qiáng)度對厚度的不敏感性,在國內(nèi)大跨和高層建筑鋼結(jié)構(gòu)中得到了越來越多的應(yīng)用,但現(xiàn)行相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范中仍缺乏其基于設(shè)計(jì)可靠度分析的合理設(shè)計(jì)指標(biāo)。高建鋼常用作厚壁h型鋼柱,其殘余應(yīng)力分布對構(gòu)件承載力影響較大,是分析高建鋼基本構(gòu)件設(shè)計(jì)可靠度的關(guān)鍵因素之一。本文采用條形切割法,對80mm厚高建鋼q345gj焊接h型鋼的縱向殘余應(yīng)力分布進(jìn)行了詳細(xì)的測試試驗(yàn)研究。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù),得到80mm厚高建鋼q345gj焊接h型鋼殘余應(yīng)力分布圖,明確了高建鋼厚壁焊接h型鋼的殘余應(yīng)力分布規(guī)律,為高建鋼構(gòu)件設(shè)計(jì)可靠度分析提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

簡介6.5mm～120mm厚鋁合金預(yù)拉伸板水浸自動(dòng)探傷設(shè)備工作方式,探傷方法,檢測效果,檢測效率及鋁合金預(yù)拉伸板水浸自動(dòng)探傷的優(yōu)越性。通過對浸入水槽的鋁合金預(yù)拉伸板進(jìn)行多通道檢測,檢測結(jié)果由c掃型式顯示,可同時(shí)觀察九個(gè)通道a掃探傷結(jié)果?？蓪θ毕菥_定量、定位,探傷結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

利用ansys軟件模擬厚度為4mm的7075鋁合金管體試件在有預(yù)拉伸應(yīng)力和無預(yù)拉伸應(yīng)力作用下的焊接。結(jié)果表明:預(yù)拉伸焊接法可有效減小鋁合金管體焊后的殘余應(yīng)力和變形。預(yù)拉伸應(yīng)力抵消了部分焊接區(qū)熱膨脹產(chǎn)生的壓縮應(yīng)力,從而減小了壓縮塑性變形,進(jìn)而減小了冷卻時(shí)焊接區(qū)域的拉伸應(yīng)力,相應(yīng)地遠(yuǎn)離焊縫區(qū)域的壓縮應(yīng)力也隨之減小。

研究了不同熱處理工藝下7a55鋁合金淬火預(yù)拉伸(w51)板材的力學(xué)性能、腐蝕性能、電導(dǎo)率變化以及相應(yīng)的微觀組織特點(diǎn)。用正交實(shí)驗(yàn)分析雙級時(shí)效工藝,結(jié)果表明7a55鋁合金雙級時(shí)效的四因素中第二級時(shí)效溫度和時(shí)間是影響最終性能的主要因素。淬火預(yù)拉伸7a55合金板材最佳雙級時(shí)效熱處理工藝分別為:t7651:121℃×5h+170℃×6h,t7451:121℃×5h+160℃×14h。電鏡觀察結(jié)果表明,t7451、t7651時(shí)效時(shí)晶內(nèi)析出半共格的η′相和η相,并有不同程度粗化,晶界為斷續(xù)分布的粗大η平衡相。這種微觀結(jié)構(gòu)能有效的提高7a55合金板材的電導(dǎo)率和腐蝕性能,同時(shí)使合金具有較高強(qiáng)度。

在假設(shè)無限小波疊加在各向同性變形彈性體基礎(chǔ)上,推導(dǎo)了超聲波法應(yīng)力測量的理論基礎(chǔ)聲彈性方程,特殊條件下簡化出臨界折射縱波聲彈性方程。建立了超聲波法焊接殘余應(yīng)力測量系統(tǒng),選用對應(yīng)力敏感的臨界折射縱波作為測量波形,對20mm厚x坡口雙絲焊對接2219鋁合金平板縱向殘余應(yīng)力場梯度進(jìn)行了測量,獲取了縱向殘余應(yīng)力場引起的聲時(shí)差信號分布,用marc軟件計(jì)算了鋁合金殘余應(yīng)力場縱向應(yīng)力的分布,與聲時(shí)差信號的趨勢進(jìn)行了對比,趨勢符合。為超聲波法重建焊接殘余應(yīng)力場作了準(zhǔn)備。

采用比例試樣與50mm定標(biāo)距的非比例試樣對6005a-t6鋁合金型材進(jìn)行室溫拉伸試驗(yàn),并對兩種類型試樣測得的斷后伸長率進(jìn)行了研究。試驗(yàn)結(jié)果表明:采用比例試樣測得的斷后伸長率結(jié)果比較接近,能夠反映材料的真實(shí)性能,且此時(shí)的斷后伸長率具有可比性;采用非比例試樣測得的斷后伸長率結(jié)果相差較大,且對于同一試樣,l0越大,a越小。

采用銑削法在7075鋁合金退火板表面引入初始?xì)堄鄳?yīng)力,研究了交變載荷加載狀態(tài)下表面殘余應(yīng)力的演變規(guī)律,并基于包辛格效應(yīng)和塑性變形理論討論了交變載荷加載狀態(tài)時(shí)殘余應(yīng)力松弛機(jī)理。結(jié)果表明:交變載荷對鋁合金板表面殘余應(yīng)力松弛的影響主要取決于加載應(yīng)力與殘余應(yīng)力的矢量疊加;交變載荷對殘余應(yīng)力松弛主要在第一個(gè)作用周期;當(dāng)加載周期增大到一定程度后,交變載荷比單向載荷對殘余應(yīng)力的松弛效果更好。