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在焊接過程中，有限元法主要被用于焊縫殘余應(yīng)力的分析。張文等利用有限元分析法，開發(fā)順次耦合焊接殘余應(yīng)力有限元程序，對304不銹鋼復(fù)合板焊接過程進行了建模分析，獲得了304不銹鋼復(fù)合板焊接殘余應(yīng)力的分布規(guī)律，討論了線能量、焊層數(shù)、焊接寬度以及長度等工藝參數(shù)對焊接殘余應(yīng)力的影響。蔣文春等利用有限元法研究了焊縫層數(shù)對殘余應(yīng)力的影響。文獻(xiàn)對壓焊中的殘余應(yīng)力進行了分析。W.C.Jiang分析了復(fù)材和基材厚度以及焊補寬度對殘余應(yīng)力的影響，并研究了不銹鋼復(fù)合板補焊熱輸入和焊接層數(shù)對殘余應(yīng)力和變形行為的影響，為不銹鋼復(fù)合板補焊的工藝最優(yōu)化提供了參考。LabeasGeorge利用有限元方法分析了焊接殘余應(yīng)力下貫穿裂紋的開裂行為。W.C.Jiang發(fā)現(xiàn)焊接殘余應(yīng)力會增強含氫環(huán)境中服役材料的氫擴散。A.Mirzaee-Sisan等研究了補焊后的熱處理對殘余應(yīng)力的影響。E.J.Mcdonald等通過有限元分析提出了焊接殘余應(yīng)力的控制策略。
特定服役條件下應(yīng)用的構(gòu)件需要進行特殊的力學(xué)性能測試方法和失效分析，如核燃料棒的復(fù)層管徑和壁厚尺寸均較小，難以在管壁上加工出標(biāo)準(zhǔn)試樣，因而需要對該復(fù)層材料的性能測試采用特殊的測試方法或通過有限元模擬材料真實的服役環(huán)境進行評價分析。通過有限元軟件或方法對金屬層狀復(fù)合材料的失效分析研究的不多，J.Desquines總結(jié)了復(fù)層在多軸應(yīng)力狀態(tài)下失效行為的力學(xué)性能評價方法，并指出開發(fā)出能夠確定復(fù)層在變形和斷裂行為的試驗方法的重要性。D.Ｒ.Lesuer等利用有限元分析了6090-SiC(25p)/5182層狀材料的裂紋擴展行為，并解釋了裂紋在層狀材料中傳播的鈍化機理。
有限元法在金屬層狀復(fù)合材料設(shè)計、復(fù)合行為、工藝性能及力學(xué)性能評價方面得到了廣泛的應(yīng)用，它可以方便地處理材料的硬化效應(yīng)、速度敏感性以及溫度等多種工藝因素對制備過程的影響，獲得任意時刻的力學(xué)信息和金屬流動信息，如應(yīng)力場、速度場、溫度場以及預(yù)測組織轉(zhuǎn)變等，這對層狀復(fù)合材料的前期設(shè)計、工藝制度的優(yōu)化及后續(xù)工藝性能的評價與預(yù)測非常重要。有限元技術(shù)在金屬層狀復(fù)合材料中的應(yīng)用及未來發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在以下幾方面。
1)設(shè)備校核。進行復(fù)合設(shè)備的校核及優(yōu)化設(shè)計。
2)尺寸設(shè)計。通過研究軋制復(fù)合時的組坯設(shè)計并結(jié)合其他工藝條件，研究厚度比、總厚度、寬厚比等尺寸因素及組坯形式(對稱組坯及非對稱組坯)對金屬流動及界面復(fù)合的影響。
3)工藝優(yōu)化。通過研究不同工藝參數(shù)(如軋制時的輥型、尺寸、摩擦條件、張力、軋制規(guī)程、異步軋制時的輥速比、輥徑比、熱處理等參數(shù))對結(jié)合行為、力學(xué)性能及工藝性能的影響，確立工藝參數(shù)的最佳范圍，并通過實驗驗證來優(yōu)化相關(guān)工藝。
4)機理研究。通過有限元結(jié)合界面處的特殊處理，進一步了解界面結(jié)合行為及界面殘余應(yīng)力的產(chǎn)生機理，結(jié)合實驗確定不同材料在軋制復(fù)合時的臨界壓下量。
5)三維模擬。二維模擬向三維模擬發(fā)展，并開展尺寸、材料和工藝敏感性的研究，為尺寸精度及板型控制提供理論基礎(chǔ)。
6)多場耦合。如通過熱力耦合模擬預(yù)測復(fù)合材料的應(yīng)力場、溫度場及組織場，為組織性能的預(yù)測提供理論基礎(chǔ)。
由于有限元的應(yīng)用越來越深入，人們關(guān)注的問題越來越復(fù)雜，多場耦合及組織性能的預(yù)測必定成為有限元技術(shù)的主要發(fā)展方向。
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