考虑相含量的TC17钛合金线性摩擦焊中的残余应力

为了获得准确的TC17钛合金线性摩擦焊中的残余应力,建立TC17钛合金弹性常数与相分数之间的数值关系。结合焊接区域的相分数,获得呈梯度分布的弹性常数,并将其引入轮廓法进行计算。结果表明,TC17钛合金的弹性常数与α相分数呈正相关,在宽度约4 mm的焊接区域呈现明显的梯度分布特征;若忽略相分数的梯度分布,计算残余应力时相对误差可达36.06%;修正后的残余应力呈双峰分布,在热影响区边缘处达到峰值,约为442 MPa。这说明考虑相分数的梯度分布是必要的。

基于改进灰狼算法的非线性摩擦力辨识与补偿方法研究

为减小非线性摩擦力对机床伺服系统运动控制精度的影响,对机床伺服系统摩擦特性进行研究,将改进灰狼算法应用于LuGre摩擦模型参数辨识,通过搭建伺服系统动力学模型进行摩擦前馈补偿仿真,并在三轴数控雕铣机试验平台进一步完成摩擦前馈补偿验证。结果表明:应用基于改进灰狼算法辨识的LuGre摩擦模型前馈补偿方法,在两轴联动圆轨迹运动跟随过程中,低速运动换向时最大跟随误差下降幅度为67.7%,高速运动条件下误差下降幅度为84.0%,有效消除了非线性摩擦在速度换向过程中产生的负面影响,证明该方法在非线性摩擦力辨识方面具有优异的效果,有助于提高机床伺服系统的运动控制精度。

异质钛合金线性摩擦焊接接头拉伸过程数值模拟研究

基于线性摩擦焊(LFW)接头的组织特征及其材料性能,探索接头分区建模方法,采用有限元技术实现了TC11/TC17异质钛合金LFW接头拉伸过程的数值模拟,揭示了接头拉伸过程中不同焊接区的应力应变演变规律,预测了接头的力学性能和断裂位置。结果表明,在2000 N均布的拉伸加载条件下,可计算预测出TC11/TC17异质钛合金LFW接头的屈服强度、抗拉强度分别为1045、1082 MPa,与实际测量值的误差小于2.5%。拉伸过程中接头在焊核区边缘存在应力峰值。在TC11母材区距焊缝中心24.2 mm位置存在应力和应变集中,应力集中区的应力值在1057 MPa以上,应变最高可达18.52%。该位置出现了颈缩现象,表明TC11/TC17异质钛合金LFW接头在该位置发生断裂。

热处理对同质异态TC17钛合金线性摩擦焊接头的影响

对TC17(α+β)和TC17(β)钛合金进行线性摩擦焊及焊后热处理试验,运用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)观察接头各区域的微观组织变化,采用轮廓法测试接头残余应力分布情况,分析了热处理对接头的微观组织、残余应力及力学性能的影响。结果表明:焊接过程中焊缝区发生了相变及动态再晶界过程,形成亚稳定β相;两侧热力影响区初生α相严重变形,针状α相完全溶解。经过热处理,亚稳定β相分解为稳定的α+β相,板条状α相在晶界析出,针状α相在晶粒内部析出,变形α相发生不同程度的分解。轮廓法测试结果表明,接头沿振动方向的应力呈双峰分布,接头热力影响区处拉应力峰值达到最大约360 MPa,焊缝中心拉应力值约140 MPa,经过热处理,接头沿振动方向拉应力值降低至50 MPa以下。经过热处理后接头微观组织更加均匀,并且接头残余应力得到消除,接头拉伸及疲劳性能得到明显改善。

TC17钛合金线性摩擦焊接头内部残余应力测试分析

为掌握TC17钛合金线性摩擦焊接头内部残余应力分布规律,采用轮廓法对TC17(α+β)/TC17(β)线性摩擦焊接头进行了残余应力测试,分析了接头内部沿振动方向(试样宽度方向,x向)应力以及沿顶锻方向(试样长度方向,y向)应力的分布规律。结果表明:x向应力在焊缝区域为拉应力,沿顶锻方向呈双峰分布,即焊缝两侧区域的应力高于焊缝中心,拉应力峰值位于距离焊缝中心2~3 mm位置处,约360 MPa,拉应力区域宽度达到30 mm。在焊缝中心截面上,y向应力在整个厚度上为拉应力,且上、下表层应力小于厚度中心位置;距试样宽度中心两侧27 mm区域的应力为拉应力,边缘区域的为压应力。

基于非线性摩擦力模型和WLS-CS算法的机器人动力学参数辨识

为了实现对工业机器人的高精度控制,需要一个高精度的动力学模型,因此要对动力学参数进行精准辨识。提出一种基于非线性摩擦力模型和加权最小二乘法与布谷鸟算法(WLS-CS)结合的动力学参数辨识方法。首先通过Newton-Euler法进行机器人的动力学建模,结合非线性摩擦力模型,完成机器人全动力学模型的建模。设计5阶有限项傅里叶级数作为激励轨迹,并优化激励轨迹参数。使用加权最小二乘法对动力学参数进行初步辨识。辨识结果作为布谷鸟算法的初始解范围,结合Levy飞行与巢穴的优胜劣汰机制,寻找到动力学参数辨识的全局最优解。更换轨迹对机器人全动力学模型进行验证,计算机器人的仿真力矩,并与实验力矩反馈值进行对比。结果表明上述方法辨识的动力学参数辨识精度的残差方根(RMS)值下降8.6%,可以建立精确度较高的动力学模型。

钛合金整体叶盘线性摩擦焊技术综述

采用线性摩擦焊加工整体叶盘可以节约大量的贵重合金,可以对损坏的单个叶片进行修理;还可以将2种不同材料焊接在一起,这样可以根据叶片、轮盘的工作条件选用不同的材料,使转子结构的重量进一步降低。

TC4钛合金线性摩擦焊接头组织和力学性能

文中阐述了线性摩擦焊的原理、特点,并针对TC4钛合金线性摩擦焊接头组织和力学性能进行了研究.对比分析TC4钛合金线性摩擦焊接头焊态和焊后热处理态的接头组织和力学性能.结果表明,焊接接头共分为母材、热力影响区和焊缝区三部分;TC4钛合金的接头(包括焊态和焊后热处理态)抗拉强度和屈服强度均达到母材的90%以上;焊缝中心的硬度值最高,焊后热处理能使接头的硬度分布更加均匀.

TC4/TC17线性摩擦焊接头组织及力学性能

针对航空发动机整体叶盘常用的TC4和TC17钛合金开展线性摩擦焊研究,对接头的组织进行了金相和电镜观察,并测量了焊接过程的温度.结果表明,接头分为母材、热力影响区和焊合区三部分,其热力影响区组织只发生了α相和β相沿受力方向的重新排列,焊合区发生了再结晶.温度测量表明,焊接过程的最高温度可达到1 270℃,超过了钛合金的β转变温度.拉伸测试表明,在室温和200℃进行拉伸测试时,接头的抗拉强度与TC4母材等强,而在400℃进行测试时,接头抗拉强度能达到TC4母材的95%.

TC4线性摩擦焊接头的力学性能及组织变化特点

用自制的XMH—160型线性摩擦焊机进行了TC4线性摩擦焊试验研究。利用前期试验优化的工艺参数进行焊接,获得了100%焊合率的焊接接头。对焊后试件进行了拉伸性能试验,拉伸试件均断在远离焊缝的母材区,表明接头的力学性能指标超过了母材。对接头解剖后进行了组织分析和显微硬度测试,发现焊缝中部宽约60μm,边缘宽约110μm,焊缝两边的金属流线组织呈对称分布;焊缝中心区为α+β超细晶组织,近缝区为不同程度的α+β变形组织,但晶粒未明显长大;焊缝的显微硬度明显高于母材。接头组织的上述变化特点是拉伸力学性能和显微硬度均高于母材的主要原因。

TC4+TC17线性摩擦焊接头的微观组织与力学性能

进行了TC4+TC17异种钛合金试件的线性摩擦焊实验,利用光学显微镜、扫描电镜及透射电镜分析了焊接接头的微观组织,并进行了焊后接头的力学性能测试。着重分析了焊接接头的焊缝、近缝区及变形区的组织特点及相变规律,并结合线性摩擦焊的工艺特点,初步分析了形变组织的形成机理。实验结果表明,利用合理的焊接工艺参数,用线性摩擦焊方法可获得可靠的TC4+TC17钛合金焊接接头,接头的拉伸性能优于TC4母材。TC4与TC17接头的焊缝区为等轴细晶组织,两侧近缝区、变形区的组织形貌差异较大。

异质钛合金线性摩擦焊接头微观组织与显微硬度分析

选用优化的工艺参数对TC4/TC17异质钛合金进行线性摩擦焊及测温试验.焊后利用光学显微镜、扫描电镜及显微硬度仪等对接头微观组织及显微硬度进行分析.结果表明,线性摩擦焊接过程中界面温度超过1 200℃、超过β相变温度,在焊后冷却过程中发生再结晶,产生细小针状组织.界面混合区再结晶组织有等轴化甚至球化现象.TC4侧热力影响区由被拉长的α相及破碎的β相组成,TC17侧热力影响区的α相和β相被拉长细化.TC4侧热力影响区组织发生应变强化,TC17侧热力影响区靠近焊缝侧发生一定的软化现象,靠近母材侧强化现象明显.

线性摩擦焊接头形成过程及机理

分析了异质钛合金线性摩擦焊接头焊合线近域组织结构,结合飞边形貌及组织特点,探讨了线性摩擦焊接头的形成机理。结果表明,在线性摩擦焊接过程中摩擦界面温度超过钛合金基体材料相变点,焊后摩擦界面两侧均有高温塑性层残留并发生再结晶,焊缝区为完全再结晶组织,TC11侧焊缝区为细小针状组织,TC17侧焊缝区为亚稳态β组织。异质钛合金线性摩擦接头形成机理研究表明,在线性摩擦焊接过程中以及焊后摩擦界面始终存在,界面两侧的高温黏塑性金属没有发生机械混合,界面两侧原子发生了扩散迁移现象,在接头结合界面处形成扩散过渡区。摩擦焊通过扩散与再结晶的共同作用形成焊接接头。

机电伺服系统非线性摩擦自适应补偿的研究

非线性摩擦是影响机电伺服系统控制性能的主要因素,尤其是在低速、速度换向等情况下,它往往会造成系统的跟踪误差、极限环等不良反应。在分析摩擦形成机理与特性的基础上,介绍了LuGre摩擦模型,通过李雅普诺夫稳定性分析方法,设计了基于LuGre模型的非线性摩擦自适应补偿算法,在线辨识出摩擦模型参数,构造一个双闭环状态观测器来估计摩擦状态变量,降低了由于非线性摩擦给机电伺服系统带来的不良影响。仿真和实验结果证明了所提方法的有效性。

谐波减速器的非线性摩擦建模及补偿

针对带有谐波减速器的双框架控制力矩陀螺框架伺服系统中的非线性摩擦问题,提出了非线性摩擦建模及补偿方法。首先,根据框架伺服系统数学模型导出摩擦力矩与角加速度和电机电流的关系;然后,通过光电码盘测得的角位置计算角速率并设计估计器来估计电机端和负载端的角加速度,利用采样电流和估计的角加速度计算摩擦力矩,建立库伦+粘滞+Stribeck摩擦模型;最后,设计基于摩擦模型的前馈补偿控制器抑制非线性摩擦以提高系统控制精度。实验结果显示,与传统PID控制方法相比,伺服系统加入基于摩擦模型的前馈补偿之后,角速率误差曲线峰峰值减小28.2%,角速率误差均方值减小25.7%;表明通过基于摩擦模型的前馈补偿可以有效抑制非线性摩擦引起的角速率误差,提高伺服系统的控制精度。

机床进给伺服系统非线性摩擦特性及控制补偿研究

以高速高精度数控车床为研究对象 ,建立了包括摩擦非线性因素的进给伺服系统综合数学模型 .研究了非线性摩擦对其动态特性的影响 ,并采用遗传算法对模型参数进行了优化 ,有效地避免了采用线性优化方法时易出现的局部极小的问题 ,消除了因非线性摩擦而产生的“削顶”、“死区”和“突变”等不良现象 .通过优化结果验证表明 ,系统的跟踪精度得到了较大的提高 ,有很好的工程实用价值 .

钛合金线性摩擦焊研究现状及展望

线性摩擦焊(LFW)是20世纪80年代出现的一种新型固相焊接方法,主要用来焊接非圆截面的同种及异种金属构件。目前,国外已将LFW成功应用于航空发动机钛合金整体叶盘的制造;国内尽管已经实现了整体叶盘模拟件的焊接,但基础理论研究仍然严重不足。根据公开报道,国内外对同种及异种钛合金的LFW工艺、接头组织结构及力学性能等方面开展了大量研究,揭示了典型钛合金LFW接头的组织与性能的相关特征。从界面微观结构、力学性能、LFW工艺参数、数值模拟等几个方面对近期钛合金LFW的研究成果进行了综述分析,提出了目前研究存在的不足,并总结了钛合金LFW的应用现状与发展前景。

Ti-22Al-25Nb与TC11异种钛合金的线性摩擦焊接

通过Ti-22Al-25Nb(Ti2AlNb基合金)与TC11((α+β)钛合金)的线性摩擦焊接,研究焊接工艺参数对接头外貌及界面结合率的影响,观察接头附近显微组织,并测试了其显微硬度。结果表明,随着焊接工艺参数,如摩擦时间、摩擦频率和摩擦压力的提高,接头的结合率显著提高;在焊接和随后的冷却过程中,TC11合金侧的热影响区域发生了α→β→α′相变,形成的大量针状马氏体α′相使焊缝区的显微硬度值显著增大;Ti-22Al-25Nb合金侧的热影响区域主要发生了(O,α2)→B2/β相变,随着O相和α2相的减少,该区域金属的显微硬度值显著降低。在合适的工艺条件下,线性摩擦焊接Ti-22Al-25Nb合金与TC11合金能够形成质量完好的焊接接头。

振幅对线性摩擦焊接头组织和元素分布的影响

针对航空发动机整体叶盘常用的TC11和TC17钛合金,在线性摩擦焊设备上进行了试件焊接,对TC11/TC17钛合金线性摩擦焊接头进行了金相组织观察和电子探针测试,并测量了焊接过程的温度.结果表明,当其它工艺参数不变时,TC17侧焊合区的宽度随着振幅的减小而变宽,两侧热力影响区的组织沿着受力方向被拉长,而焊核区的组织为动态再结晶组织.Cr元素的浓度变化距离随着振幅的增加而增大.焊接过程的温度可达到1 200℃,超过了钛合金的β转变温度.

伺服系统线性特性和非线性摩擦的解耦辨识方法研究

针对伺服进给机构包含线性结构和非线性摩擦特性的特点,提出一种将线性模型和非线性摩擦特性进行分步解耦辨识的方法。首先分别确定伺服系统的线性模型和非线性模型,将伺服系统结构模型转化为线性模型加非线性摩擦反馈的结构。为了消除非线性摩擦力对线性模型的影响,采用2路同向非过零速信号对系统激励,利用2组系统输入和输出信号的差值作为线性参数的辨识数据对线性参数进行估计。获得线性模型后进一步利用系统稳态输出实现对非线性Coulomb摩擦幅值特性的估计。系统仿真和实验都证明了该辨识方法对提高伺服系统的辨识精度及控制器设计的有效性和可靠性。