1 长沙理工大学交通运输工程学院, 长沙 410114
2 湖南省国盈公路物资有限公司, 长沙 410016
采用不同种类的纤维和尾矿砂制备环保型混杂纤维-尾矿砂工程水泥基复合材料(MFT-ECC)。以流动度和力学性能为指标, 通过正交试验优选了MFT-ECC中不同纤维的最优掺量; 通过四点弯曲疲劳试验, 对比了不同应力水平下各组ECC试件的疲劳性能; 利用扫描电子显微镜观测MFT-ECC的微观结构。结果表明: 当聚乙烯醇纤维、碳酸钙晶须、改性聚丙烯纤维的体积掺量分别为0.9%、0.8%、0.3%时, MFT-ECC的流动度和力学性能最优; 掺量优选后的MFT-ECC的疲劳性能最好, 其疲劳寿命随应力变化敏感性低, 与基准组相比, 不同应力水平下的强度折减系数分别提高了1.33%和6.56%; 尾矿砂的加入使ECC内部产生填充效应和堆积效应, 提高了材料的密实度。本研究为制备经济环保、性能优越的ECC材料提供了参考。
混杂纤维 尾矿砂 配合比优化 疲劳性能 微观结构 ECC ECC mixed fiber tailing sand ratio optimization fatigue performance microstructure
1 哈尔滨工业大学(深圳)机电工程与自动化学院，广东 深圳 518055
2 广东工业大学机电工程学院，广东 广州 510320
The double-sided laser shock peening (DSLSP) is proposed to overcome the surface treatment problem related to thin-walled parts with complex surfaces. DSLSP can induce symmetric local deformation on both sides of the workpiece. The symmetric deformation can ensure shape accuracy by forcing local deformation on two sides to eliminate each other. Besides, DSLSP induces compressive residual stress and refined grains on both sides of the workpiece, which contributes to excellent fatigue performance. Recently, DSLSP has attracted great research attention and plays an increasingly critical role in the fatigue life extension of thin-walled components. However, few summaries on DSLSP have been reported in the past several years. For a better understanding of DNLSP, this article summarizes its technical principle, physical mechanism, application, and other aspects, and prospects of its existing problems and development prospects.
激光冲击强化 双面激光冲击 形状控制 疲劳性能 double-sided laser shock peening simulation research shape control fatigue performance
1 桂林理工大学土木与建筑工程学院，广西 桂林 541004
2 广西智慧结构材料工程研究中心，广西 桂林 541004
3 广西柳州钢铁集团，广西 柳州 545000
碳纤维增强复合材料（CFRP）拉索强度高、重量轻且耐久性好，但长期处于潮湿服役环境下其锚固结构的可靠性存疑。为此对CFRP拉索进行了应力幅为200 MPa、应力上限为0.65极限强度的200万次疲劳循环试验，并令较低端的锚具放置于水环境中，在拉索两端内嵌光纤光栅测量轴向应变变化。结果表明：在循环荷载作用下，CFRP筋与锚固填料间产生微裂缝，锚具内部发生了应力重分布；水浸作用加快了锚具内的应力重分布，其规律分为两个阶段：第一阶段速率较大，主要集中在前50万次循环；第二阶段为50万次至200万次的循环，应力重分布逐渐平稳。研究的CFRP拉索安全通过了疲劳试验，但剩余强度降低了17%，说明水环境对CFRP拉索锚固结构耐久性造成的影响不可忽视。
光纤光学与光通信 碳纤维拉索锚固结构 水环境 疲劳性能 应力重分布 激光与光电子学进展
2022, 59(23): 2306001
辐射研究与辐射工艺学报
2022, 40(6): 060202
1 贵州省公路建设养护集团有限公司, 贵阳 550000
2 苏交科集团股份有限公司, 南京 211112
为研究掺聚乙烯醇纤维水泥稳定碎石的疲劳性能, 首先根据聚乙烯醇纤维对水泥稳定碎石力学性能的影响规律, 确定纤维最佳掺量和长度。基于间接拉伸疲劳试验和Weibull分布, 对其疲劳寿命测试结果进行分析并建立疲劳方程。结果表明, 聚乙烯醇纤维最佳掺量和长度为0.06%（质量分数）和24 mm; 在最佳掺量和长度下, 与未掺加纤维的水泥稳定碎石材料相比, 聚乙烯醇纤维水泥稳定碎石的无侧限抗压强度提高约24%, 劈裂强度提高约26%; 对比不掺纤维的水稳碎石材料, 其疲劳寿命也呈显著优势, 当水泥用量为4%（质量分数）时, 掺聚乙烯醇纤维与不掺纤维水泥稳定碎石斜率b之比为0.94~0.99, 截距a之比为1.06~1.23。
水泥稳定碎石 聚乙烯醇纤维 纤维掺量 抗压强度 疲劳性能 cement stabilized crushed stone polyvinyl alcohol fiber fiber content compressive strength fatigue performance
西南交通大学材料科学与工程学院, 材料先进技术教育部重点实验室, 四川 成都 610031
采用激光选区熔化技术制备24CrNiMo合金钢,研究不同扫描策略下成形件的显微组织、相组成和热疲劳性能。结果表明:24CrNiMo合金钢的显微组织由粒状贝氏体、马氏体和少量残余奥氏体构成。不同扫描策略下成形件的相组成均为α-Fe和少量γ-Fe,扫描策略对成形件相组成的影响较小。与旋转扫描策略相比,0°直线扫描策略下晶粒的生长具有较强的取向性;旋转扫描策略改变了相邻层间的散热方向,破坏了晶粒的外延生长模式,晶粒取向随机,显示出弱织构;0°直线扫描路径与热疲劳缺口的方向平行时,该扫描策略下的成形件具有最大的裂纹扩展速率,最终裂纹长度可达到1162 μm。热应力和氧化作用是热疲劳裂纹扩展的重要原因。
激光技术 24CrNiMo合金钢 激光选区熔化 扫描策略 热疲劳性能 中国激光
2021, 48(22): 2202004
1 西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室, 陕西 西安 710049
2 西安交通大学金属材料强度国家重点实验室, 陕西 西安 710049
研究了激光熔化沉积硼变质TC4钛合金材料在不同应变幅值下的低周疲劳性能。结果表明,激光熔化沉积硼变质TC4样件在0.8%~1.0%应变幅值下的低周疲劳性能与退火态锻件相当。通过对比分析固溶时效态激光熔化沉积硼变质TC4与退火态TC4锻件的微观组织、低周疲劳性能可以发现,当经受高于1.0%的应变幅值时,固溶时效态激光熔化沉积硼变质TC4的网篮组织比TC4退火态锻件的双态组织具有更好的抵抗裂纹扩展的能力。此外,固溶时效态激光熔化沉积硼变质TC4钛合金在各种应变幅值下均发生了不同程度的循环软化行为。最后采用扫描电镜对固溶时效态激光熔化沉积硼变质TC4钛合金的低周疲劳断口形貌进行了观察,并研究了低周疲劳失效过程中裂纹的扩展过程。
激光技术 TC4钛合金 低周疲劳性能 激光熔化沉积 硼 微观组织 中国激光
2020, 47(12): 1202003
1 无锡工艺职业技术学院，江苏 宜兴 214206
2 江苏大学机械工程学院，江苏 镇江 212013
以W6Mo5Cr4V2(M2)高速钢刀具材料为试样，研究激光冲击对M2材料疲劳性能的影响。对M2试样进行激光冲击处理、金相组织观察、残余应力测量及疲劳性能检测等试验，分析激光冲击对试样表层材料微观组织、残余应力和疲劳性能的作用机理。结果表明，激光冲击后M2试样表层微观组织晶粒细化，晶界增多，形成位错与孪晶等晶格缺陷；激光冲击区产生一定深度的残余压应力层，横截面上的残余压应力由表及里逐渐减小，表面残余压应力值最大，距表面一定距离范围内，残余压应力值基本稳定；激光冲击前后，试样的平均疲劳寿命有显著提高，不同的激光冲击工艺参数对试样的疲劳性能产生不同的影响。激光冲击处理使M2高速钢表层材料得到强化，疲劳性能有效改善。
激光冲击 M2高速钢疲劳性能 微观组织 残余应力 laser shock fatigue performance of M2 high speed steel microstructure residual stress
1 中国南车青岛四方机车车辆股份有限公司 山东 青岛 266031
2 北京工业大学激光工程研究院 北京 100124
为了降低轨道列车车身侧墙板不锈钢的制造成本, 探索氮气保护焊接的可行性, 采用不同比例的氮氦混合保护气开展CO2激光搭接焊试验, 并针对等离子体行为、焊缝形貌、接头拉伸性能和疲劳性能等方面进行研究。结果表明, 随着氮气成分的增加, 等离子体温度和电子浓度没有显著变化; 焊缝表面成形良好, 搭接界面宽度略有减小; 搭接界面的金相组织均由γ奥氏体和少量δ铁素体组成; 接头力学性能与疲劳性能均无明显变化, 拉伸断裂位置发生在搭接位置处, 属典型的韧性断裂。进一步分析表明, 氮气保护可有效抑制光致等离子体, 使焊接过程较为稳定; 氮气对搭接界面并无明显影响, 故而对接头的力学性能与疲劳性能亦无明显影响。该实验表明, 轨道列车不锈钢的激光搭接焊可采用氮气保护。
激光焊接 等离子体 氮气保护 电子温度 疲劳性能 laser welding plasma nitrogen shielding gas electron temperature fatigue performance
介绍了适用于金属微构件处理的激光微喷丸技术，通过控制工艺参量和合理的路径规划，在试件表面产生有益的残余压应力分布，能有效提高工件的抗疲劳和磨损性能。概述了微喷丸技术的研究现状，总结了激光微喷丸的机理、关键技术和影响因素，分析了激光微喷丸研究中存在的问题，为今后激光微喷丸技术的进一步研究提供指导。
激光技术 激光微喷丸 微构件 残余应力 疲劳性能 laser technique microscale laser shock peening micro component residual stress fatigue performance
