高速钢上TiN涂层残余应力的曲率测试和有限元分析

采用多弧离子镀在W6Mo5Cr4V2高速钢上沉积五种不同厚度TiN涂层,用曲率法和有限元法研究TiN涂层残余应力和构成。结果表明涂层厚度对其残余应力有很大影响,特别是对本征应力。当涂层厚度从3μm变化到11μm时,TiN涂层总残余应力分布在-3.12～-2.29GPa之间;热应力分布在-1.96～-1.92GPa之间;本征应力分布在-1.17～-0.37GPa之间。其中热应力所占的比例较大,约占62%～68%。当膜基比ξ<0.017时,总残余应力随ξ的增加呈非线性增加;当ξ=0.017时,该值达到最大值-3.12GPa;当ξ>0.017时,该值随ξ的增加而下降。造成这种变化的主要原因是涂层本征应力受涂层结构影响较大,随着涂层厚度的增加,涂层中孔洞、过冷液滴以及界面微裂纹等缺陷也随之增加,导致涂层中本征应力得到有效释放。

薄膜弹性性能和膜厚对其弹性模量的影响

基于应变协调理论模型推导出薄膜弹性模量和泊松比表达式,对普通拉伸试验法进行了改进,即采用分区不同膜厚拉伸法分别研究了氧化铝薄膜/铝合金基体系统和氮化钛薄膜/高速钢基体系统上不同厚度薄膜的弹性模量和泊松比。结果表明:该方法可有效地减少薄膜制备、拉伸试验中偶然因素以及基体材料等对所测薄膜弹性性能的影响。通过不同厚度薄膜弹性模量的对比,可知2种体系薄膜的弹性模量随膜厚的增加而提高。分析认为薄膜内应力的状态、大小以及在薄膜厚度方向的重新分配等因素对薄膜弹性模量有很大影响。

X射线测量高速钢上不同厚度氮化钛涂层残余应力

采用多弧离子镀在AISIM2高速钢(HSS)上沉积了TiN硬涂层,试样中基体厚度为1mm,涂层厚度分别为3.0、5.0、7.0、9.0和11.0μm.应用X射线衍射(XRD)分析了TiN涂层中残余应力,测量了TiN(220)衍射晶面在五种不同倾斜角(Ψ=0°,20.7°,30°,37.8°和45°)下的X射线衍射峰.结果表明:在3～11μm涂层厚度范围内,TiN涂层中均表现出残余压应力且残余压应力值较大.TiN涂层中残余应力大致分布在-3.22～-2.04GPa之间,本征应力分布在-1.32～-0.14GPa,热应力约为-1.86～-1.75GPa.TiN涂层中残余应力值随涂层厚度变化是非线性增加的,随厚度增加表现出先增大后减小的变化趋势,多项式拟合后发现约在8.5μm厚时残余应力达到最大值.

电瓷瓷套机械磨削过程中芯轴的动应力和变形分析

根据电瓷瓷套机械磨削过程中常出现的不同工况,运用力学理论建立了不同工况条件下的力学模型;推导出匀减速和突然停止转动两种工况下,芯轴受冲击条件下的动应力计算表达式;采用有限元法进一步分析了瓷套在承受不同工况载荷条件下的应力和变形,求解出梁两端作用反力、y方向的线位移、绕z轴的角位移值以及绕x轴的角位移数值解。

采用声发射技术测试电镀氧化铝涂层力学性能

采用声发射(AE)技术实现动态监测4043铝合金/氧化铝涂层系统的拉伸实验过程。通过SDAEA信号分析系统对拉伸过程中AE信号幅度、能量、振铃计数、撞击速率以及波形和其傅里叶变换(FFT)进行了分析。揭示出4043铝合金/氧化铝涂层系统拉伸过程中涂层裂纹萌生和扩展过程,并且通过分析AE信号随时间的变化规律得出涂层材料的面内拉伸强度和涂层结合强度。

开孔氧化铝薄膜／铝合金基体热屈曲变形和应力分析

假设薄膜和基体界面处于理想结合状态,基于应变协调理论,采用有限元软件(ANSYS8.0)分析了不同膜基比(hc/hs)和开孔对氧化铝薄膜/铝合金基体系统热屈曲变形、热应力的影响。结果表明,当矩形薄板发生热屈曲时,曲率和热应力均随膜基比非线性变化。随着膜基比的增加,曲率不断减小,而薄膜和基体中的热应力表现出不同的变化趋势,基体中的热应力随膜基比的增加而增加,薄膜中的热应力随膜基比的增加而减小。当hc/hs<0.005时,曲率受膜基比的影响非常大且曲线较陡;当hc/hs>0.005时,曲率随膜基比的增加而缓慢减小。开孔能在一定程度上缓解系统的热屈曲变形,但是这种缓解程度相对较小。无孔时系统中的热残余应力在面内基本上都是均匀分布的,而开孔时系统中的热残余应力分布不再均匀,特别是在小孔附近产生了严重的应力集中现象,膜基比越小则应力集中现象越严重。

氧化钇稳定氧化锆涂层界面剪切应力分析及其界面剪切强度的测定

涂层与基体材料结合时,界面结合状态将最终决定涂层使用性能,界面应力又直接影响着涂层强度属性。基于界面约束和均匀应变理论模型,推导出涂层界面剪切应力计算公式。同时,该公式可用于计算涂层界面剪切强度。通过实验进一步验证了理论分析的正确性和实验测试方法的有效性。利用分区不同膜厚单轴拉伸法测得氧化钇稳定氧化锆涂层的界面剪切强度,且这种方法有助于进一步分析涂层厚度与强度属性之间的关系。

一种弱界面结合涂层面内抗拉强度测试方法

基于界面自由和均匀应变理论模型,推导出形式较为简单的弱界面结合涂层—基体系统应力和应变计算公式;通过实验进一步验证上述计算公式,公式可用于测试弱界面结合的涂层和基体系统的面内抗拉强度。结果证实:测试方法简单有效,实验测得60μm～250μm厚6%Y2O3-ZrO2涂层的面内抗拉强度值分布在323.5 MPa～376.2 MPa之间,且随着涂层厚度增加,涂层面内抗拉强度值小幅下降。

铝发热盘自动浇铸机整体结构的研究与设计

利用ANSYS软件对铝发热盘自动浇铸系统中加筋平盘结构建模,研究其相关静力和动力问题。通过对加筋平盘结构进行静力分析,得出其受载变形和应力。结果表明:在静力作用条件下,该加筋平盘结构受载最大变形量小于2mm(不计结构自重影响),最大等效应力约为64.8MPa;分析得出加筋平盘结构设计符合要求,操作安全。

VB在材料力学梁弯曲问题计算中的应用

通常情况下材料力学中关于梁弯曲问题的计算过程非常复杂和繁琐,要想通过手算快速、准确地得到理论解是不现实的.该文基于材料力学梁弯曲的叠加原理,对承受多个不同类型载荷作用下变截面梁建立了一种通用力学模型,得出梁任一截面的弯矩方程.通过对弯矩方程的积分,得到梁上任意截面的转角和挠度变形的叠加方程.采用VB技术对材料力学中梁弯曲问题进行计算,开发出一款软件——受多个不同类型载荷作用下的变截面梁弯曲问题力学求解器.通过该软件可实现变截面梁弯曲问题分析,计算过程高效快捷,计算结果准确.

电瓷瓷套经三种方法机加工后的残余应力变化

通过X射线衍射仪分析了一种高强度电瓷瓷套分别经金刚石锯片切割、金刚石砂轮磨削和油石抛光三种不同方法机加工后的残余应力。结果表明:机加工后电瓷瓷套表面残余应力相对较小,且均为拉应力;磨削过程产生的残余应力最大,而抛光可以有效降低电瓷瓷套表面残余应力;由于电瓷瓷套表面因为机加工产生的残余应力值往往达到其断裂强度的30%～50%,所以常会导致电瓷瓷套表面出现裂纹、崩边或豁口。

工程力学课程建设和教学改革的探讨与认识

从工程力学这门课程在理工科许多专业中的重要性和当前工程力学教学中存在的问题入手,探讨了工程力学教学大纲的修订、教学内容的完善、师资队伍的建设、教学方法的改进、学生自学能力的提高以及课程成绩的最终评定等方面的认识和内容。重点阐述了改进教学方法、培养和锻炼学生自学能力和坚持师资队伍建设、提升教师综合素质三个方面的内容。认识到工程力学课程建设和教学改革是一项长期应该坚持并且不断完善的系统工程。重视和重新认识工程力学课程建设和教学改革工作是许多高等院校期待解决的问题。

立方氮化硼砂轮磨削电瓷瓷套残余应力分析

采用立方氮化硼砂轮磨削电瓷瓷套表面,用X射线衍射法(XRD)分析了其表面所产生的残余应力。结果表明:经立方氮化硼砂轮磨削后电瓷瓷套表面所产生残余应力为拉应力,大小为165·1MPa。电瓷中成分较为复杂(含有玻璃体、多晶体和少量气孔相),主晶相为刚玉(Al2O3),次晶相为石英(SiO2),含有少量的莫来石(3Al2O3·2SiO2)。电瓷原料中引入的Ti4+、K+、Na+、Ca2+、Mg2+离子主要存在于玻璃体中,并不固溶于晶相。由于电瓷表面的残余拉应力往往会造成其断裂强度下降,从而导致电瓷瓷套表面容易出现裂纹、崩边和豁口等现象,所以有效控制和降低电瓷表面磨削残余应力就显得非常重要。

套筒在小孔径瓷套磨削中的应用

针对小孔径瓷套机械加工难度大的问题,介绍了一种特殊的工艺装备套筒。采用套筒定位和夹持瓷套,可实现在车床上对瓷套进行磨削。同时分析了套筒使用及瓷套加工过程中常见的问题并提出了解决方法。实践证明,该方法简单有效,加工的产品能满足较高的精度要求。

铝发热盘自动浇铸系统中平盘结构模态分析

采用模态分析技术研究一种四工位铝发热盘自动浇铸系统中平盘结构的固有频率和振型,应用ANSYS 8.0有限元软件计算出该结构的前10阶固有频率和各阶频率所对应的振型。结合工程实际应用,重点分析了该结构前3阶固有频率,分别是211.78,214.86,225.12 Hz。结果表明:浇铸工位质量较大将导致平盘旋转时弯曲变形较大,且最大变形量出现在平盘轮缘位置。这对结构的安全性、寿命和机器人浇铸、拆装产品操作等都带来不利的影响。要提高平盘刚度,则应适当减小平盘直径、在平盘轮缘下加装支撑装置和减轻浇铸工位的质量。

电瓷机械磨削中金刚石砂轮平衡问题探讨

对电瓷机械磨削中金刚石砂轮的平衡问题进行了分析,认为离心力的作用是造成零部件磨损、机器振动的主要原因之一。建议对新采购的砂轮应建立严格的检查验收制度并考虑砂轮的总体质量。砂轮应平衡安装,正确使用和保养砂轮;最后指出了金刚石砂轮向高转速高精度方向发展是必然趋势。

矩形薄板热屈曲应力的数值分析

对处于温度场中承受不同边界条件约束的矩形薄板进行应力分析和热屈曲分析 ,建立起关于平面温度应力的非线形偏微分方程 ,并应用五节点差分法对其进行求解 。

基于ANSYS的硬质氧化铝薄膜/铝合金基体系统热屈曲变形有限元分析

假设薄膜和基体界面处于理想结合状态下，且不考虑薄膜中缺陷的影响，采用有限元软件（ANSYS8．0）分析了（5～30）μm厚氧化铝薄膜／铝合金基体系统中的热屈曲变形．结果表明：矩形薄板热屈曲后的拱高值随薄膜厚度的增加而增加，弦长和曲率值则随薄膜厚度的增加而减小．对应于（5～30）μm厚度区间，拱高变化量分布在（0．0681～0．2876）mm范围内，弦长变化量分布在（0．05817～0．05536）mm范围内．氧化铝薄膜／铝合金基体系统翘曲变形的曲率值分布在（1091～4610）mm的范围内，且曲率随薄膜厚度变化的非线性特征显著．矩形薄板z方向位移Ux和z方向位移Uz均是关于y轴对称的．另外，根据Uz的变形特点可知拱顶位于x=0处，该处弯曲程度最为严重，易造成氧化铝薄膜开裂而失效．