工艺过程对固体氧化物燃料电池材料力学性能的影响

固体氧化物燃料电池在生产过程中采用不同的加工手段,加工过程会产生一定的损伤,同时材料烧结过程产生比较大的残余应力,这些因素都会影响电池的使用寿命和完整性.本文通过实验测试,研究了不同加工过程对材料性能的影响,其中包括直接冲剪,激光切割以及切割后研磨等方法,并测试了这些加工手段对应的试件的强度.结果显示,直接冲剪法造成性能的分散性比较大,激光切割的性能较好,而研磨加工法对材料的性能影响最小;受残余应力或各层有效应力的作用,单层阳极材料的强度要高于双层电池结构材料的强度;利用弯曲法测试了半电池结构中的残余应力和不同薄膜对应的厚度残余应力,测试的结果和热弹性力学计算结果进行了对比.由于在高温时阳极材料有应力松弛现象,计算得出的残余应力高于实验测试结果.     

复合材料层合板在加工固化后期降温速率对残余热应力的影响

本文采用非线性有限元方法，对材料性质与温度有关的复合材料层合板在加工固化后期降温过程中的温度速场和热应力场进行了分析，对降温度速率对板中固化残余热应力的影响进行了研究，获得一些对层合板固化成型工艺和固化残余热应力分析模型的选取均有意义的结果。     

材料非线性对复合材料层合板热自由边界效应的影响

本文用准三维有限元法研究了材料非线性对复合材料层合板热自山边界效应的影响,给出了修正型Hahn-Tsai非线性应力-应变关系的三维形式。由本文非线性分析方法得到的层间应力与以往由线性分析方法得到的层间应力做了比较,结果表明:材料非线性能显著降低层间剪应力的集中程度,但对层间正应力影响不太明显。     

考虑塑性和刚度不匹配的焊接残余应力估算

现有残余应力计算方法未能考虑材料塑性变形和焊接接头刚度不匹配的影响,使得焊接残余应力计算结果和实际残余应力存在较大偏差.在2219-T87铝合金钨极氩弧焊焊接头残余应力测试基础上,提出一种基于非线性有限元和材料弹性模量分区的残余应力—释放应变曲线的残余应力计算方法,研究了材料塑性变形和接头刚度不匹配对焊接残余应力计算的影响.结果表明,焊接接头中非均质材料塑性不匹配可以引起对于残余应力计算的较大误差;材料塑性变形对残余应力的影响大于接头刚度不匹配对残余应力的影响.所提出方法修正了传统方法在焊接接头的残余应力计算中由于未考虑接头非均质材料塑性不匹配而引起的误差.     

复合材料层合板在加工固化后期降温速率对残余热应力…

本文采用非线性有限元方法，对材料性质与温度有关的复合材料怪合板在加工固化后期降温过程中的温度速场和热应力场进行了分析，对降温度速率对板中固化残余热应力的影响进行了研究，获得一些对层合板固化成型工艺和固化残余热应力分析模型的选取均有意义的结果。     

含纤维搭桥的正交各向异性材料非线性矩形脱层屈曲分析

本文基于用挠度和应力函数表示的考虑含纤维搭桥影响的正交各向异性材料矩形脱层屈曲非线性方程组,采用伽辽金法获得了非线性矩形脱层屈曲的理论解,给出了屈曲载荷随脱层中心挠度、纤维搭桥因子及脱层几何和材料参数变化的解析关系式.通过理论计算与有限元数值结果的对比,验证了解的正确性.本文解可有效用于分析材料参数和几何参数以及纤维搭桥作用对结构非线性脱层屈曲行为的影响,对于复合材料抗压屈曲强度设计具有重要参考价值.     

SiC/AL板的焊接残余应力分析

SiC/AL功能双材料由陶瓷和金属组成,由于该材料中的SiC具有较高的抗高温能力,AL具有较高的强度,因此在航空构件中得到运用,该双材料中孔洞焊接过程中的残余应力直接影响到双材料的性能。本文采用有限元分析手段中的死活单元技术对焊接过程进行了数值模拟计算,得到了该焊接过程的残余应力分布,并与常用的钢材焊接残余应力进行对比分析。本文同时对采用弹性复变方法和积分方程分析手段得到的焊接残余应力解析解的适用性进行了阐述。     

冷拔无缝钢管残余应力测量的杂交实验方法

提出了一种数值模拟和实验杂交的实验方法,测量了钢管内表面的残余应力。采用非线性有限元法模拟了冷拔钢管的成型过程,得到了钢管脱模以后的残余应力,通过释放切口处单元的刚度模拟了含有残余应力钢管的切割过程,研究了切割方法对残余应力的影响,数值计算和实验结果表明切割方法对二次残余应力有很大影响。采用X射线测量仪测量了钢管内表面的残余应力。研究结果表明,计算结果基本符合实验结果,误差可以被工程接受。     

三维粘弹性复合材料层合板固化残余应力研究

应用改进的有限元算法,综合考虑了碳纤维复合材料固化过程中树脂的化学收缩、应力松弛、材料的热收缩,建立了一个基于三维线性粘弹性的积分模型对复合材料层合板热压罐成型工艺过程中产生的残余应力进行了研究。结果表明:本文提出的方法能够完整地模拟树脂的固化过程并计算层合板的固化残余应力;对于文中的正交对称层合板而言,热收缩是影响残余应力大小的主要因素;固化完成后,0°铺层内的中面中心区域层间残余应力值接近于0,边缘区域会迅速增加,容易发生分层破坏;任意点处,轴向应力比其他两个方向的应力高出1~2个数量级;残余应力值沿厚度方向有较大变化;树脂的应力松弛行为会在一定程度上降低残余应力。     

焊接残余应力对非线性矩形薄板奇点影响的讨论

根据板壳理论建立了具有焊接残余应力矩形簿板的非线性动力学方程;利用Galerkin原理,首次获得了具有焊接残余应力矩形簿板的非线性运动方程。在该非线性运动方程的基础上,研究了焊接残余应力对矩形簿板稳定中心点具有稳定解的邻域范围的影响;讨论了焊接残余应力对矩形簿板稳定中心点具有稳定解的邻域范围所对应的积分常数临界值的影响。研究结果表明:随焊接残余应力的增加,非线性矩形薄板相平面图中稳定中心点具有稳定解的邻域范围增大,非线性矩形薄板运动范围增大。     

含材料非线性的复合材料单钉接头累积损伤分析

发展了静拉伸复合材料接头层合板三维逐渐损伤模型,考虑了单层复合材料在材料1-2面及3-1面上具有明显非线性剪切应力-应变关系的叠层非线性效应,结合有限元技术即应力分析、失效判定准则及损伤过程中材料性能退化等,对接头层合板损伤扩展进行了模拟,结果表明考虑材料非线性的影响与实验结果吻合更好.     

硅基底多层薄膜结构材料残余应力的微拉曼测试与分析

针对MEMS器件制备中两种典型的硅基底多层薄膜结构的残余应力问题,本文提出了利用微拉曼光谱技术测量其残余应力的方法,分析并给出了硅基底多层薄膜结构中的残余应力分布规律。实验结果表明,在硅基底和薄膜内存在较大的工艺残余应力,残余应力在基底内靠近薄膜两侧部分呈非线性变化,在基底内主要呈线性变化,并引起基底整体翘曲。基于实验结果分析,提出了硅基底多层薄膜结构的分层结构模型。本文工作表明微拉曼光谱技术是测量与研究硅基底多层薄膜结构残余应力的一种有力手段。     

金属多级类蜂窝的压溃行为研究

通过实验和数值模拟方法系统研究了单胞壁开孔金属多级类蜂窝与双胞壁开孔金属多级类蜂窝的压溃行为.重点分析了试件尺寸、开孔位置、孔偏距和孔梯度等因素对多级类蜂窝力学性能的影响.结果表明,多级类蜂窝的压溃过程可分为3个阶段:弹性变形、屈曲变形以及密实;单胞壁开孔多级类蜂窝的压溃过程趋向于渐近内凹压溃,而双胞壁开孔多级类蜂窝趋向于轴向压溃;试件尺寸对多级类蜂窝的力学行为有明显的影响,当胞元数达到一定数目时,其力学性能几乎与蜂窝胞元数无关.单胞壁开孔多级类蜂窝的峰值应力大于双胞壁开孔多级类蜂窝的峰值应力,但其平均压溃应力小于双胞壁开孔多级类蜂窝的平均压溃应力;与传统蜂窝相比,蜂窝胞壁开孔设计降低了蜂窝材料的比吸能;孔偏距的存在导致单胞壁开孔多级类蜂窝的峰值应力降低,但随着孔偏距的增加其平均压溃应力呈先减低后增加趋势;多梯度孔设计对多级类蜂窝材料的力学性能有重要影响,与均匀孔多级类蜂窝相比,正梯度孔分布设计降低了多级类蜂窝峰值应力,但提高了其平均压溃应力;多梯度孔分布设计对多级类蜂窝的峰值应力和平均压溃应力影响不大.     

圆柱基体热障涂层制备工艺中的残余应力分析

由于基体和热障涂层各层材料的热膨胀系数不同,在温度变化时各部分变形大小也不同,从而导致涂层内部产生残余应力。本文利用过盈配合模型求解圆柱形基体上热障涂层的残余应力,计算了涂层的厚度、弹性模量和热膨胀系数对残余应力的影响,并从应力角度探讨热障涂层的剥落失效。     

考虑晶粒度的GH4169高温合金微铣削残余应力仿真与实验研究

微细铣削中,由于受加工余量限制,铣刀每齿进给量非常小甚至小于材料内部晶粒尺寸。当切削在晶粒间进行时会造成切削不连续,从而使铣削过程颤振急剧增大,引起加工表面质量下降,严重影响微型零件的疲劳寿命和使用性能。本研究基于Voronoi图建立多晶体几何模型,通过仿真与实验验证的方法对刀具刃口圆弧半径、切削深度和晶粒尺寸对已加工表面残余应力的影响规律进行详细研究,建立多元线性回归模型并进行显著性检验。对经热处理后具备不同晶粒尺寸的高温合金GH4169进行微铣削实验,通过X射线衍射法测量工件进给方向已加工表面的残余应力值,将实验值与预测值进行对比,从而验证残余应力预测模型的准确性。结果表明,其误差分布在2.18%～7.35%,不超过10%,说明残余应力的预测模型准确性较高。     

残余应力测定的围箍压痕法模拟

本文从同工量测方法得到启发，提出了一种新型的残余应力测试方法－围箍压痕法。采用轴对称弹塑性有限元计算模拟了围箍压痕法测量结构残余应力的力学过程，得到了围箍压痕时不同残余应力程度下材料的变形，塑性区和接触应力分布。     

金属多级类蜂窝的压溃行为研究

通过实验和数值模拟方法系统研究了单胞壁开孔金属多级类蜂窝与双胞壁开孔金属多级类蜂窝的压溃行为. 重点分析了试件尺寸、开孔位置、孔偏距和孔梯度等因素对多级类蜂窝力学性能的影响. 结果表明,多级类蜂窝的压溃过程可分为3个阶段:弹性变形、屈曲变形以及密实;单胞壁开孔多级类蜂窝的压溃过程趋向于渐近内凹压溃,而双胞壁开孔多级类蜂窝趋向于轴向压溃;试件尺寸对多级类蜂窝的力学行为有明显的影响,当胞元数达到一定数目时,其力学性能几乎与蜂窝胞元数无关. 单胞壁开孔多级类蜂窝的峰值应力大于双胞壁开孔多级类蜂窝的峰值应力,但其平均压溃应力小于双胞壁开孔多级类蜂窝的平均压溃应力;与传统蜂窝相比,蜂窝胞壁开孔设计降低了蜂窝材料的比吸能;孔偏距的存在导致单胞壁开孔多级类蜂窝的峰值应力降低,但随着孔偏距的增加其平均压溃应力呈先减低后增加趋势;多梯度孔设计对多级类蜂窝材料的力学性能有重要影响,与均匀孔多级类蜂窝相比,正梯度孔分布设计降低了多级类蜂窝峰值应力,但提高了其平均压溃应力;多梯度孔分布设计对多级类蜂窝的峰值应力和平均压溃应力影响不大.      

Q235A钢用新型耐磨覆层材料的残余应力计算

计算了Q2 35A钢用新型耐磨金属陶瓷覆层材料的残余应力分布 ,通过对残余应力的计算发现覆层材料中的残余应力随覆层与基体厚度比的变化而变化。由于此种新型覆层材料的覆层厚度可不受限制 ,据此本文提出了可以对覆层材料的厚度进行优化 ,从而得到有利的残余应力分布的设计方案     

2D编织陶瓷基复合材料应力-应变行为的试验研究和模拟

本文对2D编织陶瓷基复合材料拉伸应力-应变行为进行了试验研究和理论模拟。将2D编织结构简化为：正交铺层结构和纤维束波动结构。基于基体随机开裂、纤维随机断裂的统计分布理论,得到正交铺层结构的应力-应变关系;基于体积平均方法,将纤维束波动部分分割为若干子单元;由于纤维束的波动使各子单元材料方向与加载方向不一致,因此考虑了各子单元的线性行为和非线性行为对材料响应的影响,同时引入强度分析模型,得到纤维束波动部分的应力-应变关系。结合正交铺层部分和纤维束波动部分的应力-应变关系,得到2D编织结构的应力-应变行为,理论与试验吻合较好。     

非稳态纯滚动接触弹塑性分析

建立了二维弹塑性非稳态循环纯滚动接触有限元模型.材料本构采用一种较好的循环塑性模型,并通过材料用户子程序在通用有限元软件ABAQUS中自定义该本构模型.通过在弹塑性无限半空间表面上重复移动随时间按简谐规律变化的赫兹法向载荷来模拟非稳态循环纯滚动接触过程.通过数值模拟,得到接触表面附近的残余累积变形、应变和残余应力.不同的最大赫兹接触压力对残余应力和残余应变影响较大.在简谐变化的法向接触载荷作用下接触表面的变形呈波浪形,随着滚动次数的增加,该波状表面沿载荷移动相反方向逐渐移动,但移动速率要衰减.波状表面波谷处的残余应力、应变和变形大于波峰处.随滚动次数的增加,残余应力增大但很快趋于稳定,残余应变也增大但增大速率衰减.