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oe1(光电查) - 科学论文

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  • Ti-6Al-4V钛合金激光金属沉积多层厚壁件的应力分布

    摘要： 激光金属沉积是一种增材制造技术，无需焊接或机加工等额外处理即可生产大型复杂零部件。研究激光金属沉积过程中应力场的起源对解决诸多问题至关重要，包括：冷热裂纹评估、耐疲劳性预测以及应力腐蚀开裂分析。对构建部件中瞬态应力和残余应力进行定量研究，是优化加工参数及后处理去应力热处理的必要条件。通过中子衍射实验和有限元模拟数值计算，分析了Ti-6Al-4V材料激光金属沉积50层（每层4道次）壁体的残余应力场。采用道次间长停留时间和刚性基板来模拟大型部件的制造条件。计算与实测残余应力场分析表明：在堆积体边缘区域存在三向拉应力区，其正应力超过屈服强度25%以上；该区域还出现2.5-3%的正塑性应变。堆积体顶部附近最后几层几乎整个长度上的纵向拉应力均接近屈服强度。根据平面应力假设获得的晶面间距数据，通过中子衍射计算得到的残余应力场与有限元模拟结果具有良好的一致性。

    关键词： 中子衍射、激光金属沉积、模拟、残余应力、钛合金

    更新于2025-09-12 10:27:22

  • 组合激光加工在热处理零件焊接中的应用

    摘要： 本文探讨了低刚度热处理精密机械零件（尤其是汽车组装凸轮轴）端部连接的问题。为降低热处理部件焊接时产生的残余应力，提出采用激光对焊接区域的受热元件进行预热。此外，针对低刚度轴对称结构（如组装凸轮轴）焊接可能产生的变形，建议采用脉冲激光焊接，并仅在先前经激光预处理的部位实施焊接。实验研究采用基于DLR-200-AC和YLR 150/1500-QCW-AC双激光辐射源的激光设备，其同轴布置的工艺头配备单一输出透镜，可在单一工艺窗口内同步计算两激光源的加工程序与所需功率，并实现双光源工作同步。试样为含中心孔轴体与热处理凸轮的组装凸轮轴（轴体采用20号钢/WNr 1.0402，凸轮采用40X钢/WNr 1.7034），凸轮通过感应法进行热处理。文中阐述了加工的分析工艺特性及循环复合工艺流程，展示了研究成果。所提方法既适用于现有设计分析与改进阶段的低刚度轴对称部件连接，也可用于先进设计的开发阶段。

    关键词： 焊接、变形、激光加工、残余应力、凸轮轴、热处理零件

    更新于2025-09-12 10:27:22

  • 基于有限元分析与粒子群算法的激光冲击强化过程中残余应力与成本多目标优化

    摘要： 激光冲击强化（LSP）是一种通过金属零件表面产生残余压应力来提升其疲劳寿命的有效工艺。影响表面残余压应力的主要参数包括激光功率、光束尺寸与形状、冲击间距及扫描模式。这些参数的变化会改变残余应力的大小、深度及LSP成本。本文提出了一种LSP工艺优化的集成仿真方法，在ABAQUS有限元环境中采用Python编程的粒子群优化（PSO）技术，针对Inconel 718高温合金试样实现残余压应力均匀性最大化与LSP成本最小化。选取上述影响参数作为优化变量，并以残余压应力的最小可接受值及深度作为两个主要设计约束条件。将仿真结果与既有实验数据进行对比验证，最终针对特定设计约束确定了最优LSP工艺参数组合。研究表明：采用方形扫描模式的小尺寸圆形激光光束，能在最低LSP成本下产生最均匀的残余压应力场。

    关键词： 粒子群多目标优化、激光冲击强化、残余应力、Python编程、有限元模拟

    更新于2025-09-12 10:27:22

  • 焊接速度对激光焊接1.2毫米厚双相钢残余应力预测精度的影响

    摘要： 焊后残余应力和变形是激光焊接中的突出问题，它们会降低疲劳强度和韧性。本研究采用1.2毫米厚的冷轧双相钢板，分别进行了平板堆焊和对接焊配置的激光焊接。观察发现，当热输入量约为25 kJ/m时可获得外观无缺陷、焊缝窄且全熔透的优质焊缝。研究创新性地尝试在保持最佳热输入的同时提高焊接速度。结果表明：高速焊接会导致高残余应力并引发纵向裂纹，而将速度限制在0.08 m/s时则能有效避免纵向裂纹。文献显示，学者们已针对小孔模式激光焊接提出了多种可预测残余应力和变形的数学模型，但这些模型大多无法实现重复性预测（尤其是薄板焊接）。本研究试图验证该论点的合理性范围。低速工况下残余应力值分布范围过宽，导致数学模型难以准确预测实际残余应力；而在最佳热输入与高速工况下，残余应力值分布范围显著缩小，预测精度明显提高。通过核平均取向差（KAM）研究也验证了残余应力值的准确性。

    关键词： 热输入，双相钢，核平均取向差，残余应力，激光焊接，小孔模式，焊接速度，焊缝纵向裂纹

    更新于2025-09-12 10:27:22

  • 基于多目标量子行为粒子群优化算法的激光熔覆建模与优化

    摘要： 激光熔覆的工艺参数对熔覆涂层质量具有重要影响。通常优化某一性能会导致其他性能下降。本研究系统探究了制备CoCr1.5FeNiNb0.5涂层的关键参数（即激光功率、扫描速度和离焦量）对稀释率和残余应力的影响。采用响应面法建立了这些参数与稀释率及残余应力的多项式模型，并分析了各参数对响应值的影响。随后将二次模型作为约束函数，运用多目标量子行为粒子群优化算法寻求最小稀释率和残余应力。最终通过该算法预测最优工艺参数并制备出高熵合金涂层。所制得的CoCr1.5FeNiNb0.5高熵合金涂层由FCC相和Laves相组成。

    关键词： 稀释、残余应力、响应面法、激光熔覆、多目标

    更新于2025-09-12 10:27:22

  • 通过原位高温高能掠入射透射X射线衍射评估立方相AlCrN薄膜中的应力控制分解路径

    摘要： 纳米晶过渡金属氮化物分解路径对内在微观结构与应力的依赖性尚未完全阐明。本研究采用原位同步辐射高温高能掠入射透射X射线衍射技术，对沉积态残余应力分别为?3510、?4660和?5930 MPa的三种Al0.7Cr0.3N薄膜在25–1100°C范围内进行原位表征，系统评估了相变演化、热膨胀系数、结构缺陷、织构以及残余应力、热应力和本征应力的温度变化规律。多参数实验数据表明：沉积温度以上发生的微观结构回复与相变过程共同调控着复杂的内在应力与相变行为。虽然亚稳态立方相Al0.7Cr0.3N的分解温度范围（698–914°C）与沉积温度呈反比关系，但三种薄膜的分解过程均在约?4300 MPa的相同应力水平启动。该现象揭示：特定压缩应力水平作为能量阈值，在获得足够温度时将触发扩散驱动的六方相Al(Cr)N形成。总之，独特的同步辐射实验装置证实残余应力对纳米晶过渡金属氮化物的分解路径起决定性作用。

    关键词： 薄膜、AlCrN、相分解、热膨胀、微观结构、原位XRD、残余应力

    更新于2025-09-12 10:27:22

  • 激光焊接顺序对DP600钢接头残余应力和变形的影响

    摘要： 已采用激光束焊接不同材料。该工艺能获得热影响区较小的高质量焊缝。激光焊接可形成无需填充材料的窄而深熔透焊缝，但会改变焊接接头的力学和微观组织性能。因此，这目前是主要针对先进高强度钢（AHSS）的研究课题——这类材料广泛应用于汽车制造业。研究焊接钢材的热冶金与力学行为具有重要性。此外，数值模拟计算工具被用于估算熔合区（FZ）和热影响区（HAZ）的热效应。本研究采用SYSWELD有限元软件，对两种不同焊接顺序的DP600钢板（尺寸200mm×150mm，厚度2mm）对接接头进行了模拟。通过对比两个试样结果发现：在热输入相同条件下，采用不同焊接顺序的第二个试样变形和残余应力均有所降低。

    关键词： SYSWELD、激光焊接、有限元模拟、残余应力、DP600钢、变形

    更新于2025-09-12 10:27:22

  • 电弧辅助激光焊接-钎焊铝/钢对接接头的残余应力与焊接变形

    摘要： 采用热弹塑性有限元法（FEM）模拟铝/钢钨极惰性气体?；ず福═IG）电弧辅助激光焊接钎焊（A-LWB）对接接头的力学热行为。研究了材料非线性、几何非线性和加工硬化对焊接过程的影响，并分析了A-LWB与单一激光焊接钎焊（SLWB）在焊接温度场、残余应力和焊接变形方面的差异。结果表明：数值模拟获得的热循环、残余应力分布和焊接变形与实验实测数据吻合良好，验证了有限元法的有效性。与SLWB相比，A-LWB能使焊缝高温分布区在宽度方向更宽，降低焊缝横向拉应力并减小纵向拉应力分布范围，焊接变形也有一定程度降低。

    关键词： 电弧辅助激光焊接-钎焊（A-LWB）、残余应力、焊接变形、铝/钢、温度场、有限元法（FEM）

    更新于2025-09-12 10:27:22

  • 激光冲击处理提高不锈钢试样疲劳寿命的研究

    摘要： 通过有限元建模研究了激光冲击处理（LSP）对03Kh22N6M2钢制不锈钢试样疲劳寿命的影响。将已知的实验疲劳寿命参数与有限元建模数据进行了对比，发现数值模拟结果与实验数据具有良好的一致性。研究表明，试样厚度是应用LSP技术的重要参数。结果表明，随着试样厚度减小，经LSP处理后的疲劳寿命显著提高。对于约2mm的薄试样，采用LSP技术可使疲劳寿命提升达300%。

    关键词： 残余应力、有限元建模、疲劳寿命、激光冲击波处理

    更新于2025-09-11 14:15:04

  • 探究激光粉末床熔融Ti-6Al-4V中次表面残余应力与制造参数的相关性

    摘要： 通过X射线同步辐射衍射研究了Ti-6Al-4V长方体试样的亚表面残余应力(RS)。这些试样采用激光粉末床熔融(LPBF)工艺制造，使用了开放文献中不常见的不同加工参数，以评估其对残余应力状态的影响。在研究用于计算体积能量密度(如激光速度、激光功率和扫描间距)的工艺参数影响时，我们观察到能量密度的增加会导致残余应力降低，但不同参数变化导致的降幅程度并不相同。此外，还研究了支撑结构、试样粗糙度以及可能源自氩气流的LPBF设备效应的影响。我们发现支撑结构对亚表面残余应力无影响，而相对于氩气流的取向则显示出对残余应力的影响。结论建议监测这些参数以提高零件的可靠性和再现性。

    关键词： 增材制造、Ti-6Al-4V、残余应力、同步辐射X射线衍射

    更新于2025-09-11 14:15:04