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电脉冲法消除残余应力的理论及关键技术研究

郑建毅  
【摘要】:针对传统时效技术消除残余应力的局限性,本论文提出了一种采用电脉冲时效技术消除材料内部残余应力的方法,并对其理论及若干关键技术问题进行了研究。 第一章阐述了论文的研究意义和研究内容。首先,分析了残余应力的产生模型和分类方法,指出了残余应力的危害及消除残余应力的重要意义;其次,评述了残余应力的消除技术和测量方法的国内外研究现状;再次,分析了电脉冲处理技术的国内外研究现状;最后,提出了一种采用电脉冲时效技术消除残余应力的新方法,并概括了论文的主要研究内容。 第二章研究了基于电致位错动力学的电脉冲法消除残余应力的微观机理。首先,通过分析位错的基本组态模型以及位错对残余应力的影响,计算了受阻位错塞积群开通所需克服的微观阻力,并推导了材料强化的流变应力;其次,计算了高能电脉冲对位错产生作用的瞬时热压应力和电子风力等作用力;最后,从电致位错动力学出发,提出了电脉冲法消除残余应力的微观作用条件。 第三章研究了小孔法中校准系数的有限元数值标定技术和逐层钻孔构建非均匀残余应力的测量技术。首先,用有限元数值分析的方法模拟力学拉伸实验的校准过程,在ANSYS中构造试件和应变花粘合的三维模型,分析了试件贴片平面的边长、试样的厚度、钻孔直径和钻孔深度对校准系数α和b的影响规律;其次,采用逐层钻孔的小孔法测量构建非均匀的残余应力,用分层加载的方法标定出分步逐层钻孔所需的校准系数矩阵αni和bni,建立了一种实用的五步逐层钻孔的应力测试技术;最后,用直接钻孔的小孔法和五步逐层钻孔测量技术,实验对比测试Cr12MoV淬火件的残余应力。 第四章研制了适用于电脉冲法消除残余应力的电脉冲发生装置。首先,建立了电容放电回路的RLC等效电路模型,分析了脉冲电流的产生条件以及回路中各参数对脉冲电流特性的影响;其次,采用单片机开发了用于控制充放电开关自动工作的主控单元,并组建了电脉冲发生装置;最后,对该电脉冲发生装置产生的脉冲电流进行了测试分析。 第五章对电脉冲法消除残余应力进行了实验研究。首先,利用研制成功的电脉冲发生装置组建了实验系统,以小孔法定量测试技术为评定标准,实验研究了电流峰值Im、脉冲宽度τ、脉冲重复频率f和电脉冲时效次数p等四个电参数对电脉冲时效效果的作用规律;然后,结合金相分析和显微硬度测试等手段,研究了电脉冲法对试样的微细观组织形态的影响;最后,研究了电脉冲时效过程中试样的温升情况和脉冲电流的变化。 第六章研究了基于电参数法的电脉冲时效的定量评价技术。基于多元函数逼近模型,建立了同时考虑电流峰值Im、脉冲宽度τ、脉冲重复频率f和电脉冲时效次数p的效果定量评价模型X(Im,τ,f,p);然后,从构建的评价模型出发,研究了各电参数单独或复合作用下残余应力的消除效果。 第七章总结了本论文的研究成果,并展望了今后需进一步开展的研究工作。


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