钛合金异质自冲铆接头力学性能及失效机理分析

对钛合金异质单搭及T型自冲铆接头进行拉伸-剪切实验和剥离实验,对比接头的静力学性能,用扫描电子显微镜对接头典型断口进行研究,分析其微观失效机理。结果表明:TA1-Q215接头的最大失效载荷大于相同搭接类型的TA1-AA5052接头;TA1-AA5052单搭接头因下板断裂失效,为韧性断裂特征;TA1-Q215单搭接头上板铆钉孔撕裂处为韧窝形貌,铆钉与下板分离过程中,下板发生塑性变形并与铆钉产生严重刮擦现象;TA1-AA5052T型接头因铆钉与下板分离失效,下板出现明显的撕裂棱;当TA1-Q215T型接头失效形式为铆钉与上板分离时,上板撕裂处为准解理断裂机制;当铆钉与下板分离时下板撕裂处为韧性断裂,铆钉从下板剥离过程中产生刮痕。     

考虑自平衡条件T形曲梁的静力学特性分析

为了准确分析T 形曲梁的静力学特性,该文考虑了剪滞翘曲应力自平衡条件、剪力滞后和剪切变形等因素的影响. 同时为了更好地反映T 形曲梁翼板的位移变化,4 个广义位移函数被引入,分析中以能量变分原理为基础建立了T 形曲梁静力学特性的控制微分方程和自然边界条件. 算例中,分析了剪滞翘曲应力自平衡条件、不同载荷形式和曲梁半径R 等因素对T 形曲梁静力学特性的影响,该文解析解与有限元数值解吻合更好,说明了该文方法的有效性.     

热处理对TC4钛合金动态力学性能和微观组织的影响

为揭示热处理对TC4钛合金动态力学性能及微观组织的影响,选取2种典型热处理方式和5种加载应变率开展了TC4钛合金试样的动态力学性能实验,获取了动态应力-应变数据,并进行了试样的XRD和金相分析。结果表明：高应变率下TC4钛合金应变率强化效应显著。时效处理后,TC4钛合金流动应力、屈服强度及抗压强度得到提升,而固溶时效处理后上述性能降低。时效处理和未热处理试样应力-应变曲线均具有弹性、屈服和塑性阶段,而固溶时效处理后无明显弹性和屈服阶段。固溶时效处理后流动应力随应变率增加而增加,时效处理和未热处理试样流动应力无明显变化。时效处理后试样等轴初生α相显著增大且β相含量较低,固溶时效处理后α相晶界增大且含有针状α的β转变基体,TC4钛合金力学性能与β相和亚稳β相的马氏体转变有关。     

胞孔构型对金属蜂窝动态力学性能的影响机理

采用ANSYS/LS-DYNA有限元研究了具有不同胞孔构型和排列方式的金属蜂窝材料在面内冲击荷载下的力学性能。在蜂窝的相对密度和冲击速度保持恒定的情况下,比较了它们的变形模式、动态承载力和能量吸收性能。结果表明,不同的胞孔构型导致在蜂窝压垮过程中胞壁的受力状态不同,从而影响蜂窝的宏观力学性能。根据胞壁的应力状态,可将蜂窝分为膜力主导蜂窝和弯曲主导蜂窝2大类。研究结果显示,蜂窝吸收的能量绝大部分转化为变形所需的内能,并且膜力主导蜂窝的内能占总能量的百分比更大。胞壁的屈曲导致膜力主导蜂窝的应力应变曲线呈现较大的波动。膜力主导蜂窝在变形过程中其胞壁会耗散更多的内能,从而比弯曲主导蜂窝具有更高的动态承载力和能量吸收能力。     

冲击载荷下径向密度排布对泡沫金属力学性能影响的研究

参照层状密度梯度泡沫模型实现方法,利用3D-Voronoi技术设计了新型径向密度梯度泡沫模型,并用有限元软件,对它在不同冲击载荷下的力学行为进行数值模拟。研究冲击速度、密度梯度和平均相对密度对金属泡沫冲击端、支撑端应力和能量吸收能力的影响,发现：径向正梯度泡沫与层状正、负梯度泡沫相比,其两端的应力值均较小,可同时保护冲击端、支撑端物体;径向负梯度泡沫两端应力变化幅度较小,能够保证物体受力稳定;几种泡沫金属的能量吸收能力在不同冲击速度下发生交替变化。对于径向梯度泡沫,能量吸收能力对密度梯度大小不敏感,对梯度方向敏感,径向负梯度泡沫的能量吸收能力始终大于径向正梯度泡沫;平均相对密度越大,径向正、负梯度泡沫两端应力越大、吸能效果越好。

     

面扫描激光淬火对钛合金微动磨损性能的影响

用ＳＲＶ摩擦磨损试验机研究了面扫描激光淬火钛合金在线接触条件下微动磨损性能,并用ＳＥＭ,ＥＤＡＸ及Ｘ射线衍射等分析了共机理,结果表明,激光淬火处理后钛合金的耐磨性提高１２３倍,摩擦系数降至原来的１／３～１／５,微观硬度提高２．８倍,抗蚀能力得到的改善,同时激光淬火处理后钛合金表面晶粒细化为球状微晶结构,由表面向内层形成多层梯度结构,分别为３μｍ陶瓷化层,５～６μｍ无序结构层,由α＋β相组成的１．５     

TC21钛合金显微组织对超长寿命疲劳行为的影响

本文主要研究钛合金的网篮尺寸对于超声疲劳行为的影响。研究发现,对于TC21钛合金,高应力下疲劳裂纹萌生于试样表面;低应力下疲劳裂纹萌生于试样亚表面。最大应力-循环次数(S-N)曲线显示,在两段连续下降的曲线之间有一个表面萌生向内部萌生的转变平台。对于网篮尺寸为60μm的钛合金,转变平台对应的应力幅为540MPa,疲劳极限为430MPa。网篮尺寸为40μm的转变平台应力幅为600MPa,疲劳极限为530MPa。分析得知网篮尺寸为60μm的TC21钛合金疲劳性能低于网篮尺寸为40μm的TC21钛合金。     

表面粗糙度对TC4钛合金柱壳剪切带形成的影响

剪切带是材料在高应变率加载条件下特有的变形和损伤形式之一,关于影响金属材料中剪切带形成的敏感性因素及其机理的研究,一直是科学研究和工程设计中关注的重点问题. 在柱壳高速坍塌过程中,剪切带优先在内表面形核, 其形核及扩展行为受内表面介观状态的影响显著.本文采用爆轰加载厚壁圆筒坍塌实验技术,结合材料表面处理技术、微结构表征技术和剪切带理论模型分析,研究了内表面粗糙度变化对TC4钛合金柱壳剪切带形成影响的细观动力学规律.结果表明, 在爆炸加载形成的高应变率条件下,表面粗糙度对TC4钛合金柱壳中剪切带形成具有明显影响. 在相同的变形条件下,随着试样内表面粗糙度的增大, 剪切带数量、长度和形核速率均增大;表面粗糙度越大, 部分剪切带扩展速率越快, 剪切带长度差异越大,剪切带的屏蔽效应增强. 分析表明,实验获得的剪切带间距与W-O模型和M模型预测结果基本吻合,具体数值受试样内表面粗糙度影响, 随着表面粗糙度的增大,实验结果逐渐小于预测数值.      

磨屑对TC4钛合金微动磨损行为的影响

通过在微动循环一定周次后清除磨屑和制备表面织构储存磨屑,研究磨屑对TC4钛合金微动磨损行为的影响. 结果表明:与以往认识不同,清除磨屑会导致摩擦系数和系统形变量随周次的变化曲线出现突降,最大降幅分别可达63%和41%,微动循环图也相应发生改变. 循环一定周次后,磨屑的产生和排出重新达到平衡,摩擦系数与系统形变量又恢复到清除磨屑之前的水平. 当在TC4钛合金表面制备垂直于微动方向的沟槽状表面织构后,大量的磨屑被沟槽束缚在接触区域,造成接触面之间磨屑较多,进而导致摩擦系数和系统形变量比无织构时更大,最大增幅分别可达21%和47%. 收集磨屑后用扫描电子显微镜观察,发现磨屑呈松散的颗粒状,尺寸集中在0.2~1.5 μm,并且多数呈现团聚状.      

无铆连接模具参数对异种金属板料接头成形的影响

为了研究无铆连接模具参数对304不锈钢和AL6061板料接头成形的影响,基于DEFORM-2D建立了有限元模型,分析了凹模深度、凹槽深度和凸模直径三个主要模具参数对接头成形的影响.研究结果表明,凹模深度越大,越有利于下板料变形,反之,则有利于上板料变形.当凹模直径一定时,凹槽深度和凸模直径过小不利于形成互锁,而凹槽深度不宜过大,避免出现充不满现象,凸模直径过大导致接头颈厚值过小.通过正交试验发现,对接头成形的影响程度从大到小依次为凸模直径、凹槽深度和凹模深度,确定了最优模具参数,并通过无铆连接实验验证了正交试验的可靠性.此外,通过剪切实验获得了接头最大剪切失效载荷为1.8 kN.     

应变幅值对循环载荷下NiTi合金力学性质的影响

实验研究了应变幅值对循环载荷下NiTi合金伪弹性退化特征的影响规律,结果表明:当卸载发生在NiTi合金应力诱发马氏体相变阶段时,应变幅值对马氏体相变开始应力的退化规律影响较小,但此时应变幅值的增加会显著增大奥氏体弹性模量的退化程度,而其大变形可回复能力和阻尼特性在应变幅值大于6%时才有大幅度降低。对各参数退化程度进行定量分析,得到了NiTi合金具有较强可回复能力和阻尼性能的应变幅值范围。该研究可为NiTi合金阻尼器的设计提供参考。     

扭转塑性变形对6063铝合金拉伸力学性能的影响机理研究

扭转是一种常用的冷作硬化方法。本文通过实心圆轴扭转实验和预扭试件的单向拉伸实验,研究了扭转塑性变形程度对6063铝合金拉伸力学性能的影响。通过理论研究和硬度分析探究了造成这一影响的内在机理。结果表明,试件扭转后其内部形成的以屈服强度为特征参数的梯度结构,是造成预扭试件力学性能得到改善的根本原因。并且,扭转不同的角度,材料内部产生的梯度结构也是不同的。而不同的梯度结构对试件力学性能的影响则表现为后继拉伸屈服强度随预扭角度的增大而增大。为了预测预扭试件的后继拉伸力学行为,验证前述结论的正确性,建立了由内到外屈服强度逐渐变化的有限元模型。此模型代表了预扭转变形试件,对其施加位移载荷,模拟后继单向拉伸加载过程。模拟所得材料力学性能随扭转角的变化趋势与实验结果基本吻合,从而验证了扭转冷作硬化后,圆轴试件内部产生了以屈服强度为特征参数的梯度结构这一结论。同时,也提供了一种有效的预测材料扭转后拉伸力学性能的数值模拟方法。     

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.