1 英国布里斯托大学 HH Wills 物理实验室器件热成像与可靠性中心 (CDTR),Tyndall Avenue,布里斯托 BS8 1TL,英国。2 中国科学院半导体研究所超晶格与微结构国家重点实验室,北京 100083,中国。3 中国科学技术大学纳米科学与技术研究所,合肥 230026,中国。4 上海高压科学与技术先进研究中心,上海 201203,中国。5 哈尔滨工业大学理学院,深圳 518055,中国。 6 北京工业大学光电子技术教育部重点实验室,北京 100124,中国 7 大阪市立大学电子信息系统系,大阪住吉杉本 3-3-138,日本 558-8585 8 大阪都立大学工程研究生院,大阪住吉杉本 3-3-138,日本 558-8585
摘要:激光冲击强化 (LSP) 已被用于通过激光金属沉积 (LMD) 来改善已修复的航空发动机部件的机械性能。本研究考察了横截面残余应力、微观结构和高周疲劳性能。结果表明,在激光熔化沉积区 200 µ m 深度处形成了 240 MPa 的压缩残余应力层,显微硬度提高了 13.1%。电子背散射衍射 (EBSD) 和透射电子显微镜 (TEM) 分析的结果表明,LSP 后取向差增加,位错特征明显,有利于提高疲劳性能。高周疲劳数据显示,与原 LMD 样品相比,LMD+LSP 样品的疲劳性能提高了 61%。因此,在航空航天领域,LSP 和 LMD 是修复高价值部件非常有效且很有前途的技术。
制造菌株和随后的残余应力是薄壁结构行为的关键要素,因为它们会引起屈曲,翘曲和失败。这项工作通过使用定向能量沉积的薄壁结构进行了对这些特征的合并实验和数值分析。通过使用红外和光学摄像头,在整个部分以及整个过程中都确定了在制造过程中温度和计划位移场中的原位测量值。这项工作的一种新颖性是在不停止制造的情况下确定位移场,与大多数现有方法不同,这大大简化了该过程的监视。此外,已经开发了该过程的数值建模来研究残余应力的形成。所提出的方法的一种新颖性是通过解耦热和机械问题来达到相当短的计算时间,这对于参数研究很有趣。结果是相关的,因为计算的温度和位移场与原位测量非常吻合。互补的屈曲分析还显示了该模型由于过度过度偏转而预测必须停止制造的能力。因此,所提出的模型可以用作为给定零件选择合适的过程参数的工具。
对于损伤容错设计 [1] 来说,疲劳和腐蚀是航空工业 [2] 中两个主要故障原因。激光冲击喷丸 (LSP) 是一种表面处理技术,可在易受疲劳现象影响的关键区域引入具有较大穿透深度的压缩残余应力。这些压缩残余应力可能导致疲劳裂纹扩展 (FCP) 延缓,如由 AA2024-T3 [3] 组成的 M(T) 试样或搅拌摩擦焊接的 AA7075-T7351 [4] 所示。然而,压缩残余应力的产生总是会导致结构内的拉伸残余应力以保持应力平衡。这些拉伸残余应力可能会导致 FCP 速率加速。因此,准确了解施加的残余应力场并预测由此产生的 FCP 速率对于保证有效和优化地应用 LSP 是必要的。 FCP 模拟中经常采用的一种策略是计算疲劳载荷循环的最小和最大应力强度因子,并使用这些应力强度因子作为 FCP 方程的输入[5–8]。所应用的 FCP 方程将裂纹尖端的应力强度因子与 FCP 速率联系起来。这项工作应用了 Paris 和 Erdogan [9] 开发的第一个 FCP 方程、Walker 方程 [10],例如,该方程成功应用于激光加热引起的残余应力场 [11],以及 NASGRO 方程 [12],该方程现在经常用于预测 FCP 速率 [5–7]。不同的 FCP 方程具有不同的计算精度和不同的计算效率。
摘要。使用中子衍射和轮廓方法的残留应力测量在由316升不锈钢粉制成的阀外壳上进行,并使用激光粉末床融合添加剂制造具有复杂的三维内部特征。测量结果捕获了残留应力场的演变,该状态是将阀外壳连接到底板上的状态,到达壳体从底板上切开的状态。利用此切割,因此使其在此应用中是非破坏性的测量,轮廓方法映射了整个切割平面上的残留应力分量正常的(通过切割完全缓解了这种应力场),以及由于切割而导致的整个壳体中所有应力的变化。中子衍射测量的无损性质启用了在切割前和切割后的构建点的各个点的残余应力测量。在两种测量技术之间观察到了良好的一致性,这两种测量技术表明,在外壳的外部区域中显示了较大的拉伸方向残余应力。轮廓结果表明,从两个不同区域中从底板上移除构建后,多个应力分量发生了很大变化:在平面附近,在该平面附近,从基本板中切开构建,并在充当应力集中器的内部特征附近。这些观察结果应有助于理解基本板附近构建破裂的驾驶机制,并确定对结构完整性的关注区域。中子衍射测量还用于显示基本板附近的剪切应力明显低于正常应力,这是对轮廓方法的重要假设,因为不对称切割。
SSC 2010 财年项目建议:制定确定船体残余应力的通用设计指南 提交人:Sreekanta (Sree) Das,加拿大温莎大学。1.0 目标。1.1 船体是船舶的主要结构部件,通常由加强钢板制成。钢板通过焊接加强筋来加强。焊接过程会产生残余应力,这会导致裂纹萌生和裂纹扩展的潜在问题。已完成一些研究,以确定由带有一个或两个加强筋的钢板组成的船体部件中残余应力纵向分量的分布。然而,需要进行详细的研究以制定全面的设计指南,供船舶制造商、航运业和结构工程师用来确定残余应力所有三个法向分量的真实分布。因此,拟议项目旨在开展一项详细研究,以制定一般准则,帮助确定船体所有位置和三个方向的残余应力的所有三个分量。这项研究还将考虑焊接过程中的停止和启动以及加强筋的突然终止的影响。最先进的中子衍射 (ND) 方法将用于实验研究中残余应变的精确测量。非线性有限元 (FE) 建模将用于详细的参数研究。2.0 背景。2.1 船体结构由钢板制成,钢板由钢梁和大梁加固。结构部件(梁、大梁、板)通过焊接连接。焊接过程会在板材中产生大量热量输入,因此,当加固板冷却时会产生局部残余应力。船舶承受连续的循环载荷,因此疲劳失效和疲劳寿命是船舶结构的主要设计考虑因素之一。由于应力集中和残余应力的存在,大多数疲劳裂纹和随后的疲劳失效都始于两个结构部件之间的连接处。已经完成了大量研究工作,以确定考虑残余应力影响的船体结构疲劳寿命。在这些研究中,假设残余应力的纵向分量具有理想化且非常简单的分布,尽管人们知道残余应力分布取决于几个因素,包括 (i) 焊接过程中产生的热输入水平、(ii) 母钢板的厚度和 (iii) 加强筋的间距。最近完成的项目 SR-1456 考虑了热输入水平
金属增材制造部件中的残余应力是一个众所周知的问题。它会导致样品在从构建板上取出时变形,并且对疲劳产生不利影响。了解打印样品中的残余应力如何受到工艺参数的影响对于制造商调整工艺参数或部件设计以限制残余应力的负面影响至关重要。在本文中,使用热机械有限元模型模拟增材制造样品中的残余应力。材料的弹塑性行为通过基于机制的材料模型来描述,该模型考虑了微观结构和松弛效应。通过将模型拟合到实验数据来校准有限元模型中的热源。将有限元模型的残余应力场与同步加速器 X 射线衍射测量获得的实验结果进行了比较。模型和测量的结果显示残余应力场具有相同的趋势。此外,结果表明,随着激光功率和扫描速度的改变,所产生的残余应力的趋势和幅度没有显著差异。2022 作者。由 Elsevier Ltd. 出版。这是一篇根据 CC BY 许可协议开放获取的文章(http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/)。
薄膜光伏(PV)电池是半导体技术中最重要的研究课题之一,能够有效地将太阳能转化为电能。1 – 6 单片三结电池(GaInP/GaInAs/Ge)因其高达 30% 大气质量零点(AM0)的效率而成为飞机和航天卫星等许多领域的首选7,8。9 – 15 然而,在制造和使用过程中引入的多层 PV 电池的机械应力和断裂对光电转换性能和寿命起着至关重要的作用。因此,定量表征和评估太阳能电池中的残余应力对优化结构设计、提高其可靠性具有重要意义。在光伏电池宏观断裂之前,大量的微裂纹开始形成、积累并对光伏电池产生弯曲效应,导致高振幅残余应力,从而导致光伏电池性能显著下降。更好地了解光伏电池的残余应力对于分析损伤机制以及随后通过改进结构设计来提高光伏电池的性能具有重要意义。16 – 18
- 风洞 - 高分辨率粉末衍射仪(HRPD) - 残余应力衍射仪(RSD) - 小角度中子谱仪(SANS) - 核磁共振(NMR) - 电磁兼容性(EMC) - 等等。