機(jī)械結(jié)構(gòu)通常受到外力和溫度的影響,不可避免地會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力。它的存在能夠降低和提高機(jī)械各種力學(xué)和服役性能,如疲勞強(qiáng)度和脆性斷裂等。目前,常用的殘余應(yīng)力測(cè)試方法有機(jī)械法和物理法,分別適用若干工況下的測(cè)試。儀器化壓入技術(shù)具有表面、微區(qū)和微損的特點(diǎn),材料適應(yīng)性強(qiáng),能夠用于多種條件下的應(yīng)力測(cè)試,發(fā)展前景廣闊。根據(jù)應(yīng)力測(cè)試范圍,殘余應(yīng)力的儀器化壓入分析方法主要分為兩類:等軸應(yīng)力分析方法和任意應(yīng)力分析方法。等軸應(yīng)力分析方法的等軸假設(shè)過于理想,與實(shí)際情況有相當(dāng)差距;任意應(yīng)力分析方法的分析參量通常存在無法測(cè)量或不易測(cè)準(zhǔn)等問題,不能有效地轉(zhuǎn)化為測(cè)試方法。本論文針對(duì)以上問題,以實(shí)用化為目的,旨在發(fā)展一種識(shí)別任意殘余應(yīng)力的分析方法。具體工作如下:(1)建立分析工具。為判斷不同相對(duì)壓入深度時(shí)接觸區(qū)域材料的彈塑性狀態(tài),推導(dǎo)出材料臨界屈服時(shí)存在的若干基本關(guān)系,這些關(guān)系的導(dǎo)出有利于確定接觸區(qū)域材料發(fā)生彈塑性轉(zhuǎn)變的臨界壓入條件。為模擬非等軸預(yù)應(yīng)力下的壓入響應(yīng),建立三維仿真模型,給出模型參數(shù)設(shè)置的依據(jù)和結(jié)論,通過仿真結(jié)果與解析結(jié)果的對(duì)比,驗(yàn)證模型的可靠性。(2)選取分析參量。選取壓痕非對(duì)稱性作為分析參量,探討材料塑性參數(shù)和相對(duì)壓入深度對(duì)其產(chǎn)生的影響,借助量綱分析建立壓痕非對(duì)稱性與壓入變量之間的無量綱關(guān)系式。通過有限元仿真發(fā)現(xiàn),球形壓入壓痕非對(duì)稱性的對(duì)數(shù)與等軸殘余應(yīng)力近似成線性關(guān)系,剪切殘余應(yīng)力與線性關(guān)系中的截距相關(guān),并數(shù)值檢驗(yàn)此關(guān)系的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。(3)提出分析方法。創(chuàng)新性地將求解任意殘余應(yīng)力分解為兩部分工作,通過關(guān)系式聯(lián)立形成分析方法。首先,選取壓痕非對(duì)稱性作為分析參量,建立其與剪切應(yīng)力之間的關(guān)系;其次,借鑒前人技術(shù)路線,建立相對(duì)載荷與等軸應(yīng)力之間的關(guān)系;最后,聯(lián)立兩式,形成基于壓痕非對(duì)稱性的任意殘余應(yīng)力儀器化球形壓入分析方法。(4)進(jìn)行數(shù)值檢驗(yàn)。數(shù)值檢驗(yàn)分為穩(wěn)定性分析和準(zhǔn)確性分析。穩(wěn)定性分析,首先對(duì)變量屈服應(yīng)變?chǔ)舦、應(yīng)變硬化指數(shù)n、相對(duì)載荷(F-F_0)/F_0、等軸殘余應(yīng)力σ~R和壓痕非對(duì)稱性λ分別引入±5%的相對(duì)誤差。εy引入相對(duì)誤差后,剪切殘余應(yīng)力計(jì)算偏差可以控制在8%以內(nèi),等軸殘余應(yīng)力計(jì)算偏差可以控制在3%以內(nèi);n引入相對(duì)誤差后,兩者計(jì)算偏差均可以控制在5%以內(nèi);(F-F_0)/F_0引入相對(duì)誤差后,剪切殘余應(yīng)力計(jì)算偏差可以控制在7%以內(nèi),等軸殘余應(yīng)力計(jì)算偏差可以控制在5%以內(nèi);λ引入相對(duì)誤差后,剪切殘余應(yīng)力計(jì)算偏差可以控制在10%以內(nèi),等軸殘余應(yīng)力不受影響;σ~R引入相對(duì)誤差后,剪切殘余應(yīng)力計(jì)算偏差可以控制在8%以內(nèi)。準(zhǔn)確性分析,在本分析方法建立過程中,由于針對(duì)問題不同,預(yù)應(yīng)力仿真預(yù)設(shè)值并不相同,因此無法得到分析方法的準(zhǔn)確性,但可以參考分析方法中兩個(gè)關(guān)系式各自的準(zhǔn)確性分析結(jié)果。本文提出一種新的基于壓痕非對(duì)稱性的任意殘余應(yīng)力儀器化球形壓入分析方法。其分析參量測(cè)量方便可靠且敏感殘余應(yīng)力,分析方法穩(wěn)定性較高,誤差傳遞較弱。
【學(xué)位單位】：浙江工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG115.2
【部分圖文】：

圖 1-1 典型的載荷-深度曲線圖 1-2 卸載后的殘余壓痕S 可以通過微分式(1-1)和式(1-2)確定1mf()ddm bhhBbhhhFS 1mp()dd bBbhhhFS

圖 1-2 卸載后的殘余壓痕剛度 S 可以通過微分式(1-1)和式(1-2)確定1mf()ddm bhhBbhhhFS 1mp()ddm bhhBbhhhFS 深度ch 為SFhhmcm mF 為最大壓入載荷； F /Sm 為試樣的壓入變形量，可由 Sneddon 解[38]該式只適用壓入產(chǎn)生凹陷的情況。其中， 為常數(shù)，根據(jù)壓頭形狀確， 0.75；對(duì)于圓錐壓頭， 0.72。面積取決于接觸深度。假使壓頭形狀已知，接觸面積可以通過事先確

浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文（學(xué)術(shù)型） 1-6 可知，剪切殘余應(yīng)力和無殘余應(yīng)力條件下載荷-深度曲線應(yīng)力不影響加載階段；殘余拉、壓應(yīng)力的加載階段曲線分布相同壓入深度處，等軸殘余應(yīng)力引起的變化大致為單軸殘余
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本文編號(hào)：2839590