為滿足工業(yè)生產(chǎn)安全性的需求,壓入試驗法測試材料力學性能受到越來越多的關(guān)注,該方法無需取樣,可進行現(xiàn)場檢測,具有傳統(tǒng)方法無可比擬的優(yōu)勢。但是該方法并不是嚴格意義的無損檢測方法,壓入試驗產(chǎn)生的殘余凹坑帶來了應(yīng)力集中,附加的殘余應(yīng)力更是加劇了應(yīng)力集中程度。在靜載荷下,延性材料在破壞前的塑性變形中會發(fā)生應(yīng)力的重分布,壓痕對結(jié)構(gòu)的靜強度一般沒有影響,但是對抗疲勞、耐腐蝕性能的影響不可忽視,特別是對于像汽輪機、燃氣輪機、煙氣輪機、離心壓縮機等高速旋轉(zhuǎn)機械的葉輪和葉片,其材料的表面損傷會對葉輪和葉片的性能等帶來嚴重的副作用,因此,深入研究壓痕殘余應(yīng)力,探明其對材料后續(xù)服役性能的影響,并提出消除其影響的方法具有重要意義。殘余凹坑的尺寸在微米級別,但是以現(xiàn)在的殘余應(yīng)力檢測技術(shù)只能精細至毫米級別,無法用來測試壓痕的殘余應(yīng)力,因此本文作者主要采用有限元方法進行研究,以可用的試驗手段驗證有限元模擬結(jié)果的可靠性,具體如下:以兩種壓力容器用鋼（SA508與S30408）及兩種葉輪用鋼（FV520B-S與KMN-S）為研究對象,通過單軸拉伸試驗獲取了材料性能,采用有限元軟件ABAQUS模擬了球壓頭壓入試驗,卸載后得... 

【文章來源】：山東大學山東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：88 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１－１?ＤＩＣ原理示意圖＿??５９

第１章緒論??位置是：離表面Ｏ．ＬＤ（Ｚ）為壓頭直徑）、距離壓入中心０．４ｔ／（Ｊ為壓痕直徑）。王??尚［３３］利用有限元反求的思想，提出壓頭與試樣間的摩擦系數(shù)應(yīng)為０．２。最終，２０１８??年，張?zhí)┤穑郏常矗堇媚Σ料禂?shù)儀直接測量了碳化鎢壓頭與試樣間的摩擦系數(shù)，將其??選定為０．２，這與之前有限元反求得到的摩擦系數(shù)一致。??二維計算占用資源較少，網(wǎng)格密度可盡量提升，使計算結(jié)果更為精確。通常??情況下，如圖１－２所示，需要對試樣進行分區(qū)，壓頭正下方的網(wǎng)格需要加密，遠??離壓頭的區(qū)域可適當稀疏，中間采用適當?shù)木W(wǎng)格過渡，壓頭正下方的網(wǎng)格密度應(yīng)??設(shè)置為Ｏ．ＯＯｌｍｍｔＷ。對于網(wǎng)格無關(guān)性的驗證，如圖１＿３所示，通常采用提取壓頭??正下方節(jié)點的載荷－位移曲線與試驗載荷－位移曲線對比的方式［３３］。２００５年??Ｆｅｎｇ［７６］，２００７年Ｆｅｎｇ和Ｂｒｕｃｅ［７７］曾針對Ｉｎ７８３，使用莫爾干涉儀分析了球壓痕??凹坑的殘余變形，他們的研究主要為球壓頭壓入法測定合金鋼的屈服強度提供一??種方法，同時也說明采用光學方法來研究殘余凹坑的塑性變形具有一定的優(yōu)勢。??圖１－２二維有限元模擬網(wǎng)格劃分??６００??????Ｉｎｄｅｎｔａｔｉｏｎ?ｔｅｓｔ?＾???ＦＥＭ＾ｍ＾０．００５?ｍｍ??５００???ＦＥＭ＾ｎ＝０．００４ｍｍ????ＦＥＭｊｎ－０．００２ｍｍ??＇?ＦＥＭ＾ｒ－Ｏ．ＯＯＩｍｍ??．?．?／ｗｉ??０．００?０．０２?０．０４?０．０６?０．０８?０．１０??＾?ｍｍ??圖１－３網(wǎng)格無關(guān)性驗證〖３３』??針對壓痕殘余應(yīng)力的有限元模擬，最早可追溯到１９７１年，Ｈａｒｄｙ等［７８］

山東大學碩士學位論文??Ｃｕ－Ｃ核容器用鋼球壓痕的塑性變形，結(jié)果發(fā)現(xiàn)最大殘余拉應(yīng)力約為７００ＭＰａ，位??于壓痕周圍，約為。２０１３年，Ｃｈａｔｔｅｉｊｅｅ等人［７９］采用有限元二維軸對稱模型模擬??了鋯鈮合金壓入過程，來研究壓頭載荷卸載后的殘余應(yīng)力分布，發(fā)現(xiàn)最大殘余拉??應(yīng)力一般集中在堆積的材料附近，約為６０８ＭＰａ，如圖１－４所示；最大殘余壓應(yīng)??力分布在殘余凹坑中心處，并且對模擬結(jié)果進行了試驗驗證，此外，Ｃｈａｔｔｅｒｊｅｅ還??采用有限元模擬了壓痕過程中各個因素對于結(jié)果的影響，如壓頭直徑、試樣厚度??等。??Ｐｅａｋ?ｔｅｒｔｓｉｉｅ?ｒｅｓｉｄｕａｌ??ｔａｎｇｅｎｂａ！?ｓｔｒｅｓｓ?（ＳＯＳ?ＭＰａ）??＿??■■■■■Ｉ??，＊ｉ?＇?＇ｈＥ｜?ｈ．：－－，??＊?．?ｉ?．?、，?．．．??圖１－４卸載后壓痕殘余拉應(yīng)力??１．４．２三維有限元模擬??壓入試驗的三維有限元模擬很少，２０１７年，蘇成功等［９］對壓痕殘余應(yīng)力進行??了初步的研究，采用ＡＢＡＱＵＳ有限元分析軟件，指出了壓痕的局部性，即最大??殘余拉應(yīng)力的影響范圍很小，壓痕殘余應(yīng)力的影響范圍大約在半徑１．５ｍｍ左右??的半球區(qū)域內(nèi)。但是存在諸多缺陷：由于時間與設(shè)備的限制，并沒有得到最終較??為精確的結(jié)果；如圖１－５所示，最大殘余拉應(yīng)力集中在網(wǎng)格節(jié)點，應(yīng)力值過大，??最大壓應(yīng)力并不應(yīng)該出現(xiàn)在表面；網(wǎng)格無關(guān)性驗證未通過，解未收斂；結(jié)果發(fā)現(xiàn)??不同材料殘余應(yīng)力差異較大，試圖找到其原因，但最終沒有完成。??８??

【參考文獻】：
期刊論文
[1]金屬材料殘余應(yīng)力的測定方法[J]. 巴發(fā)海,李凱.  理化檢驗(物理分冊). 2017(11)
[2]殘余應(yīng)力檢測與消除方法的研究現(xiàn)狀及發(fā)展[J]. 張鐵浩,王洋,方喜風,趙毅,劉雪梅,李亞輝,梁鵬.  精密成形工程. 2017(05)
[3]基于DIC方法的殘余應(yīng)力快速測量系統(tǒng)[J]. 宋秋,李曉星,楊巖峰.  實驗力學. 2017(04)
[4]壓痕對不銹鋼材料表面殘余應(yīng)力的影響[J]. 蘇成功,劉燕,王威強,王玉花.  山東大學學報(工學版). 2017(01)
[5]連續(xù)球壓痕法評價鋼的塑性[J]. 關(guān)凱書,鄒鑌,伍聲寶.  機械工程材料. 2016(09)
[6]用連續(xù)球壓痕法評價鋼斷裂韌度[J]. 鄒鑌,魏中坤,關(guān)凱書.  材料科學與工程學報. 2016(04)
[7]氨水槽泄漏原因分析和改進措施[J]. 范益,張萬靈,陳來仁.  南鋼科技與管理. 2016(02)
[8]獲取材料應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的錐形壓入新方法[J]. 劉曉坤,蔡力勛,陳輝.  中國測試. 2016(04)
[9]核電SA508-3鋼研究進展[J]. 張文廣,李茂林,郭德朋,焦殿輝,張躍.  熱加工工藝. 2014(16)
[10]獲取材料本構(gòu)關(guān)系和硬度的壓入法研究[J]. 姚博,蔡力勛,包陳.  中國測試. 2014(02)

博士論文
[1]延性金屬材料準靜態(tài)力學性能的球壓頭壓入測算方法研究[D]. 張?zhí)┤?山東大學 2018
[2]超聲滾壓對Ti-6Al-4V合金高低周疲勞性能影響研究[D]. 毛淼東.華東理工大學 2018
[3]離心壓縮機葉輪材料FV520B超高周疲勞行為與機理研究[D]. 張明.山東大學 2015
[4]基于能量法的壓痕硬度和殘余應(yīng)力測試原理、方法和實驗研究[D]. 金宏平.華中科技大學 2012
[5]數(shù)字散斑相關(guān)方法及其在力學測量中的應(yīng)用[D]. 高建新.清華大學 1989

碩士論文
[1]連續(xù)球壓頭壓入試驗測算壓力容器鋼斷裂韌度方法研究[D]. 王尚.山東大學 2018
[2]自動球壓頭壓入試驗儀小型化和測試精度影響因素研究[D]. 楊炎.山東大學 2017
[3]自動球壓頭壓入試驗法測算核容器鋼斷裂韌度的研究[D]. 張國新.山東大學 2017
[4]氧化鋯陶瓷三維裂紋擴展和壓痕實驗的有限元模擬研究[D]. 劉念.華中科技大學 2016
[5]不銹鋼性能的自動球壓痕試驗測算研究[D]. 蘇成功.山東大學 2015
[6]鎂合金表面激光剝蝕微造型及其微納米壓痕有限元模擬[D]. 騫耕.大連理工大學 2014
[7]自動球壓痕試驗測定結(jié)構(gòu)鋼及其應(yīng)變時效后力學性能的研究[D]. 湯杰.山東大學 2013
[8]Q345R在高應(yīng)力和腐蝕環(huán)境協(xié)同作用下的損傷評估[D]. 賈文鵬.山東大學 2012
[9]應(yīng)力集中、尺寸和表面對金屬疲勞強度影響的研究[D]. 唐文秋.東北大學 2008
[10]有限元方法模擬壓痕實驗研究殘余應(yīng)力對金屬玻璃硬度的影響[D]. 葛锜.浙江大學 2008



本文編號：3386481