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在焊接過(guò)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(duì)304不銹鋼復(fù)合板焊接過(guò)程進(jìn)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(zhǎng)度等工藝參數(shù)對(duì)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(duì)殘余應(yīng)力的影響。文獻(xiàn)對(duì)壓焊中的殘余應(yīng)力進(jìn)行了分析。W.C.Jiang分析了復(fù)材和基材厚度以及焊補(bǔ)寬度對(duì)殘余應(yīng)力的影響，并研究了不銹鋼復(fù)合板補(bǔ)焊熱輸入和焊接層數(shù)對(duì)殘余應(yīng)力和變形行為的影響，為不銹鋼復(fù)合板補(bǔ)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(huì)增強(qiáng)含氫環(huán)境中服役材料的氫擴(kuò)散。A.Mirzaee-Sisan等研究了補(bǔ)焊后的熱處理對(duì)殘余應(yīng)力的影響。E.J.Mcdonald等通過(guò)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(jìn)行特殊的力學(xué)性能測(cè)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(duì)該復(fù)層材料的性能測(cè)試采用特殊的測(cè)試方法或通過(guò)有限元模擬材料真實(shí)的服役環(huán)境進(jìn)行評(píng)價(jià)分析。通過(guò)有限元軟件或方法對(duì)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(píng)價(jià)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(yàn)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(kuò)展行為，并解釋了裂紋在層狀材料中傳播的鈍化機(jī)理。
有限元法在金屬層狀復(fù)合材料設(shè)計(jì)、復(fù)合行為、工藝性能及力學(xué)性能評(píng)價(jià)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(duì)制備過(guò)程的影響，獲得任意時(shí)刻的力學(xué)信息和金屬流動(dòng)信息，如應(yīng)力場(chǎng)、速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)以及預(yù)測(cè)組織轉(zhuǎn)變等，這對(duì)層狀復(fù)合材料的前期設(shè)計(jì)、工藝制度的優(yōu)化及后續(xù)工藝性能的評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)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(lái)發(fā)展趨勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾方面。
1)設(shè)備校核。進(jìn)行復(fù)合設(shè)備的校核及優(yōu)化設(shè)計(jì)。
2)尺寸設(shè)計(jì)。通過(guò)研究軋制復(fù)合時(shí)的組坯設(shè)計(jì)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(duì)稱組坯及非對(duì)稱組坯)對(duì)金屬流動(dòng)及界面復(fù)合的影響。
3)工藝優(yōu)化。通過(guò)研究不同工藝參數(shù)(如軋制時(shí)的輥型、尺寸、摩擦條件、張力、軋制規(guī)程、異步軋制時(shí)的輥速比、輥徑比、熱處理等參數(shù))對(duì)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(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證來(lái)優(yōu)化相關(guān)工藝。
4)機(jī)理研究。通過(guò)有限元結(jié)合界面處的特殊處理，進(jìn)一步了解界面結(jié)合行為及界面殘余應(yīng)力的產(chǎn)生機(jī)理，結(jié)合實(shí)驗(yàn)確定不同材料在軋制復(fù)合時(shí)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(chǎng)耦合。如通過(guò)熱力耦合模擬預(yù)測(cè)復(fù)合材料的應(yīng)力場(chǎng)、溫度場(chǎng)及組織場(chǎng)，為組織性能的預(yù)測(cè)提供理論基礎(chǔ)。
由于有限元的應(yīng)用越來(lái)越深入，人們關(guān)注的問(wèn)題越來(lái)越復(fù)雜，多場(chǎng)耦合及組織性能的預(yù)測(cè)必定成為有限元技術(shù)的主要發(fā)展方向。
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