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《燕山大学》 2018年
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含孔洞缺陷A356铝合金构件电磁热强化研究

毕计风  
【摘要】:铸件在铸造过程中会不可避免的产生孔洞缺陷,由于这些缺陷的存在,铸件正常工作时,在受到外力作用下,会致使孔洞扩展成裂纹,严重影响构件的使用寿命,存在极大的安全隐患。因此,本文结合以往电磁热技术应用于裂纹止裂修复上的研究经验,将孔洞看作为广义上椭圆形或圆形埋藏裂纹,分别从理论、数值模拟和实验三个方面,对含孔洞缺陷的A356铝合金试样进行了电磁热强化修复研究。首先根据流体力学、静电和电动学、传热学以及热力学等相关理论,推导出了含孔洞缺陷铝合金薄板内温度、热应力分布函数;且以A356铝合金为例,从理论角度出发,进行了电磁热强化研究。计算了脉冲放电瞬间试样内温度分布和热应力分布,并给出了温度分布曲线和热应力分布曲线图。基于ANSYS有限元分析软件,分别建立了含孔洞缺陷A356铝合金试样二维平面模型和三维实体模型,分别对两种模型进行了电磁热强化数值模拟研究。模拟了脉冲放电过程,研究了脉冲放电对含孔洞缺陷A356铝合金材料的影响,并给出了试样内温度场和热应力场分布。研究结果表明:通入适当的电压,孔洞附近的最大温度均可超过材料的熔点,孔洞缺陷附近均受到了热压应力,可抑制裂纹萌生。根据随机有限元理论,以ANSYS有限元软件为平台,对含多孔洞二维平面铝合金试样进行了可靠性分析;模拟了试样随机抽样统计的过程。研究了孔洞半径、放电电压、几何尺寸等随机参数对放电后结果的影响,并对其输入输出参数的相关系数和灵敏度进行了分析;研究了不同电压下放电实验的可靠性。通过ZL-2型超强脉冲电流放电设备对含自制孔洞的A356铝合金试样进行了脉冲放电处理,分别对试样进行了金相实验和拉伸性能实验,对放电前后试样内的孔洞附近微观组织和试样抗拉性能进行了对比分析,发现孔洞边缘发生了熔化再结晶现象,拉伸性能实验表明,放电后的试样抗拉性能明显提升。从理论分析、数值模拟和实验三个方面对含孔洞缺陷A356铝合金试样放电强化研究表明,利用电磁热技术可以实现含孔洞缺陷A356铝合金材料的强化。
【学位授予单位】:燕山大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TG146.21

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