Ni60激光熔覆层力学性能研究

发布时间：2017-11-03 05:10

  本文关键词：Ni60激光熔覆层力学性能研究

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【摘要】：随着激光熔覆技术的广泛应用,熔覆层表面的力学性能也越来越多地开始受到人们的关注,而激光熔覆技术主要用于材料表面的加工,因此熔覆层不同于常规的材料,不能用于传统的材料力学性能试验。通过纳米压痕试验得到的载荷位移曲线,利用经验公式可以计算得到材料的弹性模量和硬度,但是并不能得到材料的塑性性能(应力—应变曲线)。因此本文采用一种结合纳米压痕技术和有限元仿真相结合的方法,来研究熔覆层表面的弹塑性性能。通过对Ni60激光熔覆层进行纳米压痕试验,建立了基于纳米压痕试验过程的有限元模型,进而确定模型所需的单元类型,设置材料属性及边界条件,对模型施加对应的载荷,得到了载荷位移曲线。在有限元仿真过程中材料属性需要提前设定,通过不断地改变设定的材料属性,使仿真结果的载荷位移曲线与试验曲线逐渐趋于吻合,获得了Ni60激光熔覆层上各点所在区域对应的弹塑性性能。在此基础之上,本文还建立了基于Ni60激光熔覆层的微观组织的多相有限元仿真模型,完成了对熔覆层中各相的弹塑性性能分析,进而模拟Ni60激光熔覆层多相材料的压缩试验过程,分析计算了熔覆层的应力应变关系曲线。根据提出的纳米压痕技术结合有限元仿真的方法对H13钢的力学性能进行了研究,得到了H13钢的应力应变关系曲线。另一方面,通过对H13钢进行常规拉伸试验,得到了实验条件下的应力应变曲线,使之与仿真结果进行对比,验证了本文方法的可靠性。
【关键词】：纳米压痕技术 有限元仿真 Ni60激光熔覆层 载荷位移曲线 应力应变曲线
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-12
• 第1章 绪论12-24
• 1.1 引言12
• 1.2 激光熔覆技术12-14
• 1.2.1 激光熔覆技术简介12-13
• 1.2.2 Ni60激光熔覆层力学性能的研究进展13-14
• 1.3 纳米压痕技术14-19
• 1.3.1 纳米压痕技术原理15
• 1.3.2 载荷位移曲线15-18
• 1.3.3 弹性模量和硬度的确定18-19
• 1.4 纳米压痕技术在材料研究中的应用19-20
• 1.5 纳米压痕试验结合有限元仿真方法的应用现状20-22
• 1.6 课题研究意义及内容22-24
• 1.6.1 研究内容22-23
• 1.6.2 研究意义23-24
• 第2章 纳米压痕试验24-36
• 2.1 引言24
• 2.2 实验材料24-25
• 2.2.1 Ni60激光熔覆层24-25
• 2.2.2 4Cr5Mo Si V1钢25
• 2.3 试验设备25-26
• 2.4 试验过程26-27
• 2.5 Ni60激光熔覆层试验结果27-32
• 2.5.1 弹性模量和硬度27-28
• 2.5.2 载荷位移曲线28-29
• 2.5.3 压痕截面形貌29-32
• 2.6 H13钢纳米压痕试验结果32-34
• 2.6.1 弹性模量与硬度32-33
• 2.6.2 载荷位移曲线33-34
• 2.6.3 压痕截面形貌34
• 2.7 本章小结34-36
• 第3章 基于纳米压痕过程的有限元仿真36-51
• 3.1 引言36
• 3.2 有限元法36-40
• 3.2.1 有限元法基本理论36-37
• 3.2.2 高级有限元分析37-39
• 3.2.3 材料的本构关系39-40
• 3.3 有限元仿真过程40-46
• 3.3.1 压头的几何模型40-41
• 3.3.2 有限元仿真模型41-42
• 3.3.3 单元类型42-43
• 3.3.4 材料属性43-44
• 3.3.5 接触设置44
• 3.3.6 边界条件44-45
• 3.3.7 加载方式设置45
• 3.3.8 仿真结果45-46
• 3.4 有限元结果分析46-50
• 3.4.1 载荷位移曲线分析46-48
• 3.4.2 压痕验证48-50
• 3.5 本章小结50-51
• 第4章 Ni60激光熔覆层多相模型有限元仿真分析51-65
• 4.1 引言51
• 4.2 Ni60激光熔覆层多相有限元模型的建立51-54
• 4.2.1 Ni60激光熔覆层的显微组织51-53
• 4.2.2 多相材料有限元模型53-54
• 4.3 Ni60激光熔覆层各相弹塑性性能54-57
• 4.3.1 白色枝晶54-55
• 4.3.2 共晶及非晶相55-56
• 4.3.3 碳化物和铬硼化物56-57
• 4.4 多相模型的有限元仿真过程57-59
• 4.4.1 单元类型57-58
• 4.4.2 材料属性58
• 4.4.3 边界条件与加载方式58-59
• 4.5 仿真结果分析59-64
• 4.5.1 数据处理方法59-60
• 4.5.2 应力应变云图60-63
• 4.5.3 应力应变曲线63-64
• 4.6 本章小结64-65
• 第5章 有限元仿真方法的试验验证65-75
• 5.1 引言65
• 5.2 H13钢的显微组织分析65-67
• 5.2.1 H13钢的显微组织65-66
• 5.2.2 纳米压痕试验的硬度分布66-67
• 5.3 H13钢有限元仿真67-69
• 5.3.1 有限元仿真模型的建立67-68
• 5.3.2 材料属性68
• 5.3.3 H13钢力学性能仿真结果68-69
• 5.4 H13钢拉伸试验69-73
• 5.4.1 试验材料70
• 5.4.2 试验设备70-71
• 5.4.3 试验方法71-72
• 5.4.4 试验结果72-73
• 5.5 仿真结果与实验结果对比分析73
• 5.6 本章小结73-75
• 结论75-76
• 参考文献76-80
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果80-81
• 致谢81-82
• 作者简介82

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 李胜;曾晓雁;胡乾午;;激光熔覆层力学性能评价方法的研究[J];热加工工艺;2007年11期

中国硕士学位论文全文数据库 前3条

1 刘扬;基于纳米压痕技术和有限元仿真的材料塑性性能分析[D];武汉理工大学;2003年

2 王春亮;纳米压痕试验方法研究[D];机械科学研究总院;2007年

3 魏鑫;45钢表面感应熔覆Ni60涂层及WC-Ni60复合涂层的研究[D];大连理工大学;2010年

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本文编号：1134758