超聲沖擊對材料力學(xué)性能的影響及沖擊過程的有限元模擬.pdf

1、雖然大量的研究結(jié)果表明超聲沖擊處理對消除焊接殘余應(yīng)力、提高接頭的疲勞性能有明顯的效果，但其對材料力學(xué)性能的影響卻鮮有研究。本文以海洋平臺上常用的EQ56大厚度高強(qiáng)鋼作為研究對象，使用微沖剪方法測試了超聲沖擊處理前后焊接接頭不同位置的微區(qū)力學(xué)性能，以此來研究超聲沖擊對材料力學(xué)性能的影響。測試結(jié)果表明，由于超聲波所引入的聲軟化作用，經(jīng)過超聲沖擊處理之后，焊接接頭內(nèi)部在一定程度上發(fā)生了軟化，材料的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度降低而塑性升高；但不同位置處

2、的軟化程度并不相同，就材料的抗拉強(qiáng)度而言，母材區(qū)域的最大降低幅度為11％，熱影響區(qū)為9%，焊縫區(qū)域?yàn)?9%，焊縫區(qū)域軟化效果較為明顯的原因是由于沖擊時間過長所導(dǎo)致的。此外，超聲沖擊處理會在材料表面形成一層晶粒較細(xì)的強(qiáng)化層，與未經(jīng)超聲沖擊處理的接頭表面材料相比，該層的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和塑性均有所增高；并且在該強(qiáng)化層內(nèi)，焊接接頭的力學(xué)非均勻性得到了改善，焊縫與母材的屈服強(qiáng)度差值從超聲沖擊處理前的30MPa降低到超聲沖擊處理后的15MPa。

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　　此外，考慮到超聲沖擊處理過程復(fù)雜，工藝參數(shù)較多，實(shí)際測試操作性不好的原因，本文以ABAQUS商用有限元軟件為基礎(chǔ)，使用Python語言對其進(jìn)行了二次開發(fā)，建立了可以真實(shí)反映超聲沖擊過程的有限元模型，并通過實(shí)際應(yīng)力測試試驗(yàn)對其準(zhǔn)確性進(jìn)行了驗(yàn)證。在此基礎(chǔ)上，以無應(yīng)力狀態(tài)的304L不銹鋼板為對象，使用不同工藝參數(shù)計(jì)算分析了其對超聲沖擊應(yīng)力結(jié)果的影響。計(jì)算結(jié)果表明，沖針初始速度對沖擊效果有較為明顯的影響，當(dāng)其從1m/s增大到3m/s