角裂紋的案例
Franc3D與ABAQUS聯(lián)合仿真模擬角裂紋擴(kuò)展
通過(guò)abaqus建模，franc3d定義裂紋及擴(kuò)展，可以模擬孔邊角裂紋的擴(kuò)展。
圖一左側(cè)顯示了角裂紋的擴(kuò)展路徑，從角裂紋逐漸擴(kuò)展為穿透裂紋，右側(cè)顯示的是裂紋擴(kuò)展過(guò)程中應(yīng)力強(qiáng)度因子的變化。圖2則是ABAQUS中的odb文件顯示結(jié)果，能夠清晰觀察到角裂紋的擴(kuò)展過(guò)程。
航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片裂紋擴(kuò)展規(guī)律數(shù)值模擬研究
以葉背表面邊裂紋和葉片后緣角裂紋為研究對(duì)象,通過(guò)Franc3D 依次對(duì)初始形貌a0 / c0 =0. 2、0. 4、0. 6 和0. 8 的裂紋進(jìn)行擴(kuò)展模擬仿真,葉背邊裂紋擴(kuò)展模型編號(hào)依次為L(zhǎng)04、L05、L06 和L07,葉片后緣角裂紋擴(kuò)展模型編號(hào)依次為L(zhǎng)08、L09、L10 和L11,裂紋初始長(zhǎng)度c0 均設(shè)置為2 mm,裂紋最終長(zhǎng)度cc 設(shè)置為10 mm,裂紋擴(kuò)展模型初始裂紋初始深度a0 分別設(shè)置為0. 4 mm、0. 8mm、1. 2 mm 和1. 6 mm,裂紋方向均設(shè)置為水平方向擴(kuò)展。
不同初始前緣形狀的裂紋擴(kuò)展情況如表3 所示。對(duì)比不同初始前緣形狀的邊裂紋或角裂紋,可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)裂紋表面長(zhǎng)度c0 一定時(shí),a0 / c0 越大,即初始裂紋深度a0 越大,葉片裂紋擴(kuò)展壽命越短;對(duì)比相同初始前緣形狀的邊裂紋和角裂紋,發(fā)現(xiàn)葉片后緣的角裂紋擴(kuò)展壽命略高于葉背的邊裂紋壽命,原因是由于葉片根部的后緣區(qū)域應(yīng)力低于葉背區(qū)域?qū)е隆? 不同初始前緣形狀的邊裂紋和角裂紋前緣形貌擴(kuò)展模擬結(jié)果如圖8、圖9 所示。從其中可以看出無(wú)論邊裂紋還是角裂紋,初始裂紋前緣形狀對(duì)于裂紋表面方向的擴(kuò)展影響很小,L04 ~ L07 及L08 ~ L11 的表面裂紋擴(kuò)展情況基本一致;但初始裂紋前緣形狀對(duì)于模型裂紋深度方向的擴(kuò)展影響較大,L04 ~ L07 及L08 ~ L11 的裂紋深度變化情況存在較為明顯的差別,分析原因?yàn)閍0 / c0 越小,則定值c0 對(duì)應(yīng)的初始裂紋深度a0 越小,在彎曲載荷作用下越靠近葉片表面應(yīng)力越大裂紋擴(kuò)展越迅速,裂紋延深度方向擴(kuò)展速率更快,使得裂紋擴(kuò)展后的最終裂紋前緣形狀趨于相同。
展開 影響6系鋁合金角焊縫根部裂紋因素
由于焊接過(guò)程中，熔池兩側(cè)的冷卻速度差異，導(dǎo)致剛形成的固態(tài)焊縫受拉應(yīng)力作用，進(jìn)而產(chǎn)生微裂紋。
結(jié) 論
通過(guò)6005A鋁合金角焊縫的焊接試驗(yàn)，可以得出以下結(jié)論：
5.1 6系鋁合金角焊時(shí)，最有利于保證焊縫內(nèi)部質(zhì)量的焊操作角度為35o～45o；
5.2 為了減少6系鋁合金角焊縫根部產(chǎn)生微觀裂紋的傾向性，焊接時(shí)應(yīng)將焊絲指向略偏向底板，約一個(gè)焊絲直徑距離；
5.3 焊接6系鋁合金角焊縫時(shí)，底板的厚度應(yīng)盡可能不薄于立板，這樣可以避免焊縫根部產(chǎn)生微裂紋。
來(lái)源：制造工藝前沿
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制造工藝前沿
展開 ABAQUS計(jì)算三維孔邊角裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子的實(shí)例模型 ￥15
通過(guò)ABAQUS，可以計(jì)算三維角裂紋的應(yīng)力強(qiáng)度因子。本實(shí)例中對(duì)平板孔邊的三維角裂紋進(jìn)行了模擬。
seam及crack定義如下圖：
網(wǎng)格如下圖：
計(jì)算后的位移云圖如下：
對(duì)裂尖進(jìn)行放大觀察：
本實(shí)例的難點(diǎn)在于孔邊三維角裂紋的模型的建立，需要經(jīng)過(guò)一系列的布爾操作（merge/cut）得到。
相應(yīng)的應(yīng)力強(qiáng)度因子可以在提交job計(jì)算完成后，到dat文件中找到。
詳細(xì)的模型可參考附件。
自動(dòng)裂紋擴(kuò)展的裂紋引入與更新問(wèn)題解決方法 ￥1
2、引入裂紋后FRANC3D輸出的有限元模型丟失一些接觸或其他邊界條件
請(qǐng)把所有的屬性定義在網(wǎng)格模型上，有限元軟件輸出的網(wǎng)格模型最好不要直接讀入FRANC3D，應(yīng)把模型文件（如*.cdb、*.inp、*.dat）再次讀入到有限元軟件中（此時(shí)只有網(wǎng)格模型），檢查并重新定義所有的接觸、邊界條件和荷載等屬性，再次輸出模型文件，然后讀入FRANC3D即可。
如果使用ABAQUS，建議不要輸出part、assembly等關(guān)鍵字，可以修改ABAQUS的環(huán)境文件，打開abaqus如下安裝目錄的abaqus_v6.env，編輯添加cae_no_parts_input_file=ON，保存即可。
C:\SIMULIA\Abaqus\6.14-1\SMA\site\abaqus_v6.env
關(guān)于裂紋擴(kuò)展步長(zhǎng)（Median extension）和裂尖單元環(huán)半徑（Template radius）
擴(kuò)展步長(zhǎng)默認(rèn)為裂紋特征尺寸的20%，單元環(huán)半徑默認(rèn)為裂紋特征尺寸的10%。如，引入半徑為1mm的圓形角裂紋，擴(kuò)展步長(zhǎng)默認(rèn)為0.2mm，單元環(huán)半徑默認(rèn)為0.1mm。在后續(xù)裂紋擴(kuò)展過(guò)程中，一般按照此原則來(lái)設(shè)定，如要獲得精確的解，最好不要超出默認(rèn)值。
因此，隨著裂紋尺寸增大，擴(kuò)展步長(zhǎng)和單元環(huán)半徑可逐漸變大，如為板類部件，還要注意單元環(huán)的半徑不能大于板厚的10%才為合理。
展開 基于智能裂紋擴(kuò)展方法在CT樣本中進(jìn)行裂紋擴(kuò)展傳播仿真 ￥5
裂紋擴(kuò)展模擬一直是學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的一個(gè)難題。Ansys機(jī)械提供分離變形和自適應(yīng)重網(wǎng)格
模擬脆性材料裂紋擴(kuò)展的SMART技術(shù)。SMART裂紋擴(kuò)展方法自動(dòng)評(píng)估裂紋尖端的斷裂參數(shù)（應(yīng)力強(qiáng)度因子或j積分），并根據(jù)用戶定義的臨界值進(jìn)行檢查。該算法還計(jì)算了滿足裂紋擴(kuò)展準(zhǔn)則時(shí)的裂紋擴(kuò)展角。隨著裂紋的擴(kuò)展，裂紋尖端周圍的網(wǎng)格自適應(yīng)細(xì)化。
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熱作模具鋼角裂缺陷研究分析
作者： 許世昌，李麗婷
前言
本文通過(guò)對(duì)熱作模具鋼角裂問(wèn)題分析，研究其鍛造工藝，提高熱作模具鋼表面質(zhì)量，節(jié)約生產(chǎn)成本。熱作模具鋼具有較高的淬透性和抗熱裂能力、耐磨性和耐熱性好、綜合力學(xué)性能優(yōu)良和較高的抗回火穩(wěn)定性等特點(diǎn)，主要用于制造沖擊載荷大的鍛模、熱擠壓模、精鍛模和合金壓鑄模，在汽車、電子、家電等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。隨著市場(chǎng)需求及競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)成本控制提出了更高的要求。
熱作模具鋼在鍛造時(shí)一般采取兩次鐓粗拔長(zhǎng)的方式，鍛造為成品后易在面與面的交界處產(chǎn)生角裂，需要后續(xù)加工去除，這就造成了生產(chǎn)成本的浪費(fèi)。
熱作模具鋼角裂問(wèn)題分析
熱作模具鋼完成兩次鐓粗拔長(zhǎng)的主變形后，成品火次（指鍛造過(guò)程中最后一火）厚度方面預(yù)留變形量一般為150～200mm，成品火次鍛造時(shí)，先拔長(zhǎng)電渣錠啟動(dòng)端至工藝尺寸，再利用天車和操作車進(jìn)行調(diào)頭，掉頭后再鍛造電渣錠非啟動(dòng)端至工藝尺寸。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，生產(chǎn)產(chǎn)品50%以上存在角裂（圖1）問(wèn)題，需要進(jìn)行加工去除，造成原材料和人力成本的極大浪費(fèi)。
圖1 熱作模具鋼出現(xiàn)角裂現(xiàn)象
缺陷位置金相檢測(cè)分析
利用顯微鏡對(duì)典型缺陷位置進(jìn)行金相檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)缺陷均為裂紋（圖2），在缺陷位置并未見冶煉凝固缺陷，因此，我們認(rèn)為由裂紋造成的角裂是鍛造過(guò)程所致。
圖2 缺陷位置金相照片
產(chǎn)品表面質(zhì)量統(tǒng)計(jì)分析
通過(guò)對(duì)典型產(chǎn)品表面質(zhì)量情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)角部裂紋均發(fā)生在電渣錠非啟動(dòng)端位置，最大角裂尺寸約為50mm×50mm×5mm，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見表1。
表1 角裂數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)
生產(chǎn)過(guò)程參數(shù)分析
通過(guò)對(duì)熱作模具鋼生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行多次現(xiàn)場(chǎng)跟蹤，統(tǒng)計(jì)成品鍛造火次的鍛造溫度，在鍛造電渣錠啟動(dòng)端時(shí)鍛造溫度一般在900～1050℃范圍內(nèi)，調(diào)頭鍛造電渣錠非啟動(dòng)端時(shí)鍛造溫度一般在800～950℃。
展開 ALOF含缺陷設(shè)備的軟件安全評(píng)定計(jì)算軟件——門式起重機(jī)主梁的角焊縫分析
ALOF含缺陷設(shè)備的軟件安全評(píng)定計(jì)算軟件——門式起重機(jī)主梁的角焊縫分析
1、背景介紹及模型簡(jiǎn)化ALOF實(shí)現(xiàn)
門式起重機(jī)主梁的角焊縫是最容易出現(xiàn)裂紋擴(kuò)展的區(qū)域之一，我們以此部位為例介紹ALOF確定漏檢設(shè)備檢修周期的過(guò)程。
圖1.門式起重機(jī)示意圖
圖2.門式起重機(jī)主梁參數(shù)化建模對(duì)話框與參數(shù)化模型
通過(guò)對(duì)該設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)儀器探測(cè)和主梁模型的有限元分析，發(fā)現(xiàn)在某角焊縫處存在最大拉應(yīng)力σm=150MPa，該部位受力如下圖3所示：
圖3角焊縫模型
該角焊縫處存在一漏檢表面裂紋，以探測(cè)設(shè)備的漏檢長(zhǎng)度作為裂紋初始長(zhǎng)度，裂紋長(zhǎng)度a =2mm，如下圖4所示。對(duì)該角焊接局部區(qū)域建立有限元模型，并定義初始裂紋，進(jìn)行檢修周期的計(jì)算，有限元模型如圖5所示。
(b) 生成平面網(wǎng)格模型 (c)拉伸得到實(shí)體網(wǎng)格模型
圖4.角焊接區(qū)建模過(guò)程
2、計(jì)算結(jié)果展示
圖 5.角焊接處裂紋擴(kuò)展結(jié)果展示
圖6.動(dòng)態(tài)裂紋擴(kuò)展過(guò)程應(yīng)力云圖、網(wǎng)格變化及散點(diǎn)圖
3、確定檢修周期。
(a) 安全系數(shù)與疲勞次數(shù)關(guān)系曲線 (b)裂紋擴(kuò)展量和疲勞次數(shù)關(guān)系曲線
圖7.疲勞次數(shù)分析結(jié)果
由圖可知，該裂紋在應(yīng)力循環(huán)1.4百萬(wàn)次以后，安全系數(shù)急劇變小，疲勞次數(shù)也趨于一極限值，此時(shí)結(jié)構(gòu)將發(fā)生破壞，而裂紋擴(kuò)展前十步的疲勞次數(shù)達(dá)到總壽命的95%以上，故取該疲勞次數(shù)來(lái)確定檢修周期，根據(jù)國(guó)內(nèi)外實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)通常取疲勞擴(kuò)展次數(shù)的十分之一作為檢修周期，所以該設(shè)備的檢修周期為：
檢修周期=1.46百萬(wàn)次÷每日使用次數(shù)200÷一年365天÷保守系數(shù)10=2年
展開 ALOF三維裂紋擴(kuò)展仿真實(shí)例——門式起重機(jī)主梁的角焊縫分析
ALOF含缺陷設(shè)備的軟件安全評(píng)定計(jì)算軟件——門式起重機(jī)主梁的角焊縫分析
1、背景介紹及模型簡(jiǎn)化ALOF實(shí)現(xiàn)
門式起重機(jī)主梁的角焊縫是最容易出現(xiàn)裂紋擴(kuò)展的區(qū)域之一，我們以此部位為例介紹ALOF確定漏檢設(shè)備檢修周期的過(guò)程。
圖1.門式起重機(jī)示意圖
圖2.門式起重機(jī)主梁參數(shù)化建模對(duì)話框與參數(shù)化模型
通過(guò)對(duì)該設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)儀器探測(cè)和主梁模型的有限元分析，發(fā)現(xiàn)在某角焊縫處存在最大拉應(yīng)力σm=150MPa，該部位受力如下圖3所示：
圖3角焊縫模型
該角焊縫處存在一漏檢表面裂紋，以探測(cè)設(shè)備的漏檢長(zhǎng)度作為裂紋初始長(zhǎng)度，裂紋長(zhǎng)度a =2mm，如下圖4所示。對(duì)該角焊接局部區(qū)域建立有限元模型，并定義初始裂紋，進(jìn)行檢修周期的計(jì)算，有限元模型如圖5所示。
(a) 導(dǎo)入二維CAD模型 (b) 生成平面網(wǎng)格模型 (c)拉伸得到實(shí)體網(wǎng)格模型
圖4.角焊接區(qū)建模過(guò)程
2、計(jì)算結(jié)果展示
圖 5.角焊接處裂紋擴(kuò)展結(jié)果展示
圖6.動(dòng)態(tài)裂紋擴(kuò)展過(guò)程gif
3、確定檢修周期。
(a) 安全系數(shù)與疲勞次數(shù)關(guān)系曲線 (b)裂紋擴(kuò)展量和疲勞次數(shù)關(guān)系曲線
圖7.疲勞次數(shù)分析結(jié)果
由圖可知，該裂紋在應(yīng)力循環(huán)1.4百萬(wàn)次以后，安全系數(shù)急劇變小，疲勞次數(shù)也趨于一極限值，此時(shí)結(jié)構(gòu)將發(fā)生破壞，而裂紋擴(kuò)展前十步的疲勞次數(shù)達(dá)到總壽命的95%以上，故取該疲勞次數(shù)來(lái)確定檢修周期，根據(jù)國(guó)內(nèi)外實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)通常取疲勞擴(kuò)展次數(shù)的十分之一作為檢修周期，所以該設(shè)備的檢修周期為：
檢修周期=1.46百萬(wàn)次÷每日使用次數(shù)200÷一年365天÷保守系數(shù)10=2年
展開 裂紋模擬斷裂仿真軟件
主要目標(biāo)就是為用戶提供一個(gè)對(duì)含缺陷構(gòu)件方便準(zhǔn)確進(jìn)行模擬計(jì)算的平臺(tái)，以評(píng)估含裂紋等缺陷金屬構(gòu)件的安全性與可靠性。ALOF的分析精度已為大量的實(shí)驗(yàn)和學(xué)術(shù)論文所證明。
ALOF的主要功能和特色為：
⑴ 方便快捷地模擬含裂紋或缺陷體的失效破壞過(guò)程，評(píng)估裂紋構(gòu)件的安全與可靠性。建立分析模型時(shí)可不預(yù)設(shè)裂紋形狀，裂紋擴(kuò)展過(guò)程更無(wú)需人工干預(yù)；為提高分析精度，用戶可在裂紋附近進(jìn)行高效的分層加密。
⑵ ALOF擁有友好的用戶交互界面，用戶可以在交互界面上建立CAE網(wǎng)格模型、定義材料和荷載以及選擇多種裂紋求解算法。ALOF可以根據(jù)分析結(jié)果生成失效或破壞過(guò)程的動(dòng)畫，提供用戶所需要的失效分析報(bào)告。
下面是采用該軟件對(duì)一個(gè)門式起重機(jī)主梁的角焊縫裂紋安全評(píng)估與檢修周期制定。
1、背景介紹及模型簡(jiǎn)化ALOF實(shí)現(xiàn)
門式起重機(jī)主梁的角焊縫是最容易出現(xiàn)裂紋擴(kuò)展的區(qū)域之一，我們以此部位為例介紹ALOF確定漏檢設(shè)備檢修周期的過(guò)程。
圖1.門式起重機(jī)示意圖
圖2.門式起重機(jī)主梁參數(shù)化建模對(duì)話框與參數(shù)化模型
通過(guò)對(duì)該設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)儀器探測(cè)和主梁模型的有限元分析，發(fā)現(xiàn)在某角焊縫處存在最大拉應(yīng)力σm=150MPa，該部位受力如下圖3所示
圖3角焊縫模型
該角焊縫處存在一漏檢表面裂紋，以探測(cè)設(shè)備的漏檢長(zhǎng)度作為裂紋初始長(zhǎng)度，裂紋長(zhǎng)度a =2mm，如下圖4所示。對(duì)該角焊接局部區(qū)域建立有限元模型，并定義初始裂紋，進(jìn)行檢修周期的計(jì)算，有限元模型如圖所示。
展開 鋼結(jié)構(gòu)安裝技術(shù)交底，非常全面！
焊絲、焊釘在使用前清除油污、鐵銹，焊接時(shí)，焊工應(yīng)遵守焊接工藝，不得自由施焊及在焊道外的母材上引弧，焊角轉(zhuǎn)角處宜連續(xù)繞角施焊。焊角出現(xiàn)裂紋時(shí)，焊工不得擅自處理，應(yīng)查明原因，定出修補(bǔ)工藝后方可處理。焊縫同一部位的翻修次數(shù)不宜超過(guò)兩次。焊接完畢，焊工應(yīng)清理焊縫表面的熔渣及兩側(cè)的飛濺物，檢查焊縫外觀質(zhì)量，檢查合格后應(yīng)在工藝規(guī)定的焊縫及部位打上焊工鋼印；
5、 采用砂輪打磨處理摩擦面時(shí)，打磨范圍不應(yīng)小于螺栓孔徑的4倍，打磨方向應(yīng)于構(gòu)件受力方向垂直，經(jīng)處理的摩擦面，出廠前應(yīng)按批作抗滑移系數(shù)試驗(yàn)，在運(yùn)輸過(guò)程中試件摩擦面不得損傷，處理好的摩擦面不得有飛邊、毛刺、焊疤或污損等；
6、 鋼結(jié)構(gòu)在涂裝前應(yīng)進(jìn)行除銹，涂裝應(yīng)均勻，無(wú)明顯起皺、流掛，附著應(yīng)良好，涂裝完畢后，應(yīng)在構(gòu)件上標(biāo)注構(gòu)件的原編號(hào)，大型構(gòu)件應(yīng)標(biāo)明重量、中心位置和定位標(biāo)記。
交底提要：鋼結(jié)構(gòu)安裝
交底內(nèi)容:
1、 鋼結(jié)構(gòu)安裝前，應(yīng)對(duì)鋼構(gòu)件質(zhì)量進(jìn)行檢查，鋼構(gòu)件的變形、缺陷不應(yīng)超過(guò)允許偏差，鋼構(gòu)件安裝的測(cè)量和矯正，應(yīng)根據(jù)工程特點(diǎn)進(jìn)行。厚鋼板和異種鋼板的焊接，高強(qiáng)度螺栓安裝主要工藝，應(yīng)在安裝前進(jìn)行工藝試驗(yàn)，編制相應(yīng)的施工工藝。
2、 鋼結(jié)構(gòu)采用擴(kuò)大拼裝單元進(jìn)行安裝時(shí)，對(duì)容易變形的鋼構(gòu)件應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度和穩(wěn)定性驗(yàn)算，必要時(shí)采取加固措施；鋼構(gòu)件采用綜合安裝時(shí)，應(yīng)劃分成若干獨(dú)立單元，每一單元的全部鋼構(gòu)件安裝完畢后，應(yīng)形成空間鋼度單元。
3、 鋼結(jié)構(gòu)的柱、梁、屋架、支撐等主要構(gòu)件安裝就位后，應(yīng)立即進(jìn)行校正、固定。當(dāng)天安裝的鋼構(gòu)件形成穩(wěn)定的空間體系。鋼結(jié)構(gòu)安裝、矯正時(shí)，應(yīng)根據(jù)風(fēng)力、溫差、日照等外界環(huán)境和焊接變形等因素的影響，采取相應(yīng)的調(diào)整措施；
4、 利用安裝好的鋼結(jié)構(gòu)吊裝其他構(gòu)件和設(shè)備時(shí)，應(yīng)征得設(shè)計(jì)單位同意，并應(yīng)進(jìn)行驗(yàn)算，采取相應(yīng)措施。
5、 設(shè)計(jì)要求頂緊的節(jié)點(diǎn)，接觸面應(yīng)有70%的面緊貼。
展開 
汽車變殼鋁合金壓鑄模設(shè)計(jì)
（a）輸入輸出軸有黑皮
（b）脫模時(shí)拉變形
（c）換擋軸孔內(nèi)有黑皮
（d）螺紋孔內(nèi)冷隔
（e）小角處裂紋
（f）加強(qiáng)筋小角處冷隔
圖1 壓鑄件常見缺陷
圖1所示為壓鑄件常見的缺陷，其中圖1（a）、（c）屬于加工余量問(wèn)題，增加鑄件局部加工余量即可解決；圖1（b）在定模側(cè)增加頂出結(jié)構(gòu)就可解決缺陷問(wèn)題；現(xiàn)主要分析圖1（d）、（e）、（f）的鑄造缺陷以及壓鑄模的改進(jìn)措施。
原模具結(jié)構(gòu)分析
圖2（a）所示為變殼類壓鑄件在原模具中的布局，熔料從待成型零件的一側(cè)澆注。從圖2（a）可以看出熔料需要經(jīng)過(guò)175mm高的凸出狀型芯才能填充到型腔對(duì)面，型腔對(duì)面幾何形狀比較復(fù)雜，壓鑄孤島多、死角多。熔料經(jīng)過(guò)距離長(zhǎng)、落差大的凸出狀型芯區(qū)域時(shí)，鑄造壓力受到損耗，再到復(fù)雜型腔區(qū)域很難保證成型零件內(nèi)部的致密性。
（a）原模具中壓鑄件布局
（b）未充滿
（c）致密性差
圖2 原模具中壓鑄件布局及成型零件的缺陷
觀察圖2（b）中的①區(qū)域和圖2（c）中的②區(qū)域，發(fā)現(xiàn)存在未充滿且致密性差的問(wèn)題，為解決這一問(wèn)題，必須在待成型鑄件對(duì)面的下方區(qū)域增加進(jìn)料通道，以彌補(bǔ)正面熔料的壓力損耗。如果僅在原模具方案上進(jìn)行修改，增加的澆道太長(zhǎng)，壓力損耗同樣過(guò)大，并且廢料過(guò)多。因此經(jīng)過(guò)研究重新設(shè)計(jì)新的模具，徹底解決上述缺陷問(wèn)題。
展開 新一代三維斷裂疲勞擴(kuò)展仿真軟件介紹——alof
網(wǎng)格模型 導(dǎo)入CAD模型并自動(dòng)剖分網(wǎng)格、參數(shù)化建模
裂紋模型 CAD模型導(dǎo)入、標(biāo)準(zhǔn)裂紋生成器、快速可視化生成
有限元單元類型 三角形（一、二次） 四邊形（一、二次） 六面體（一、二次） 四面體（一、二次）
材料準(zhǔn)則 線彈性、彈塑性
荷載類型 位移荷載、集中力、均布?jí)毫Α⑷切瘟Α⑷我獗砻媪Α⒎植剂Α①|(zhì)量力、體積力、溫變荷載、二次應(yīng)力以及用戶自定義的荷載
分析步類型 彈塑性分析、裂紋擴(kuò)展分析、疲勞分析
計(jì)算結(jié)果 裂紋安全性判定結(jié)果、位移場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)、塑性屈服區(qū)、應(yīng)力強(qiáng)度因子（KⅠ、KⅡ、KⅢ、等效K、能量釋放率G）、裂紋擴(kuò)展角、疲勞壽命N、檢修周期、設(shè)備安全服役可靠性等
結(jié)果展示 變形網(wǎng)格圖、等值云圖、矢量圖、裂紋擴(kuò)展動(dòng)畫，計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)文件
數(shù)據(jù)接口 step格式的模型文件、Ansys、Abaqus網(wǎng)格模型等
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展開 特殊噴丸工藝在外星輪溫鍛成形沖頭生產(chǎn)中的應(yīng)用
對(duì)沖頭失效形式進(jìn)行統(tǒng)計(jì)后發(fā)現(xiàn)，90%以上的沖頭失效形式為裂紋，其中倒角R1處開裂比例較大，如圖1所示。模具開裂是由于模具在交變應(yīng)力和交變熱應(yīng)力的反復(fù)作用下產(chǎn)生的熱疲勞裂紋在尖角應(yīng)力集中處擴(kuò)展導(dǎo)致的。倒角R1處裂紋產(chǎn)生的原因，一方面是由于倒角處所受交變應(yīng)力的作用，另一方面是由于鍛件塑性變形過(guò)程中沖頭R1倒角局部受到較大的應(yīng)力。針對(duì)倒角R1處開裂，我們將倒角由R1改為R2，以改善倒角處應(yīng)力集中現(xiàn)象，模具圖紙?jiān)煨透臑镽2后此位置沒(méi)有再出現(xiàn)裂紋,但球道兩側(cè)等位置仍然有裂紋失效問(wèn)題，如圖2所示，需要進(jìn)一步改善，初步選用一勝百公司的ABP特殊噴丸工藝進(jìn)行驗(yàn)證，以檢驗(yàn)該噴丸工藝的使用對(duì)減少應(yīng)力開裂和疲勞裂紋是否有效果。
表1 1.2367鋼典型化學(xué)成分（wt%）
圖1 沖頭R1處裂紋失效
圖2 沖頭球道兩側(cè)裂紋失效
外星輪溫鍛成形沖頭ABP特殊噴丸工藝
ABP是一種采用特殊噴丸工藝的材料表面處理技術(shù)。沖頭經(jīng)加工后，其表面的殘余應(yīng)力會(huì)降低沖頭的疲勞強(qiáng)度，在工作中容易產(chǎn)生裂紋，從而降低沖頭的使用壽命。噴砂處理是用無(wú)數(shù)個(gè)小圓形顆粒連續(xù)擊打零件表面，使工件表面形成一層均勻的殘余壓應(yīng)力層，如圖3所示，所產(chǎn)生的表面壓應(yīng)力能有效的抑制工件表面裂紋的萌生和發(fā)展，進(jìn)而使工件的疲勞壽命得到有效的提高，如圖4所示。沖頭經(jīng)噴砂處理后熱疲勞和熱龜裂現(xiàn)象得到了明顯的改善，應(yīng)力開裂減少，能夠有效延緩初期裂紋的擴(kuò)展使模具壽命得到顯著延長(zhǎng)。
圖3 ABP特殊噴丸工藝示意圖
圖4 ABP強(qiáng)化模具表面的微觀結(jié)構(gòu)
增加ABP特殊噴丸工藝后溫鍛沖頭加工流程如圖5所示：
圖5 溫鍛沖頭加工流程
溫鍛沖頭拋光后，如圖6所示，再進(jìn)行ABP特殊噴丸工藝處理，ABP特殊噴丸工藝處理后沖頭的表面，如圖7所示。
展開 北航《IJF》：國(guó)產(chǎn)二代鎳基單晶合金超高周疲勞裂紋萌生競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制
目前缺乏對(duì)國(guó)產(chǎn)單晶合金的高溫超高周疲勞研究，且單晶合金的超高周疲勞裂紋萌生機(jī)制尚不明晰。
因此，北京航空航天大學(xué)的趙子華副教授團(tuán)隊(duì)與萊斯特大學(xué)Bo Chen教授及北京航空材料研究所的許巍博士合作，系統(tǒng)地研究了典型國(guó)產(chǎn)二代鎳基單晶合金DD6在典型工作溫度（760 ℃、850 ℃及1000 ℃）和極限工作溫度（1100 ℃）下的超高周疲勞性能和裂紋萌生、擴(kuò)展機(jī)理，著重研究了裂紋從內(nèi)部缺陷處和表面氧化處萌生的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，討論了氧化、組織退化、再結(jié)晶等因素對(duì)DD6合金超高周疲勞行為的影響。該研究以題為“Transitionfrom internal to surface crack initiation of a single-crystal superalloy in the very-high-cycle fatigue regime at 1100 °C”發(fā)表在International Journal of Fatigue。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2021.106343
研究表明，在典型工作溫度下，DD6合金的超高周疲勞裂紋主要從單一內(nèi)部缺陷（鑄造孔洞或疏松）處萌生，沿{111}晶體學(xué)平面擴(kuò)展，這種擴(kuò)展方式被稱為Stage I。而當(dāng)DD6合金處于極限工作溫度時(shí)，裂紋萌生位置從內(nèi)部缺陷處轉(zhuǎn)移到了表面，而且由原來(lái)的單源萌生轉(zhuǎn)變?yōu)榱硕嘣疵壬▓D 1右上角（b））。擴(kuò)展路徑變?yōu)榕c施加應(yīng)力方向垂直的{001}平面，沿這個(gè)路徑擴(kuò)展的方式也被稱為mode I（圖 1右上角（a））。
萌生位置的轉(zhuǎn)變可以歸因于1100 ℃下氧化與疲勞的交互作用（圖 1左下角）。內(nèi)氧化區(qū)域γ′強(qiáng)化相退化，有利于微裂紋的萌生。
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