喷丸强化零件细观材料力学表征及多轴疲劳寿命预测

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51775294
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    65.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0504.机械结构强度学
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

The shot peening is an important manufacturing step for improving the fatigue property and structural reliability of high performance mechanical parts. Recent experiments revealed, however, that the fatigue life may reduce due to the surface treatment. If this influence cannot be quantified, unpredictable catastrophic consequences may take place during the service due to the surface hardening. The present proposal is separately investigating three different effects from the shot peening: Distortions of the subsurface layer, the surface roughness and the residual stresses. The subsurface material is taken from shot peened specimens and tested with help of the instrumented indentation as well as the microscopy tension. The material’s behavior is investigated and modeled by developing a cyclic plasticity including martensitic phase transformation and depending on material distortions. The surface damage induced by shot peening is investigated experimentally and computationally. By using special specimens effects of the surface topography are correlated with fatigue life and peening parameters. From the phenomenological continuum damage mechanics the fatigue damage evolution is related to the surface roughness. Based on the notched panel testing mechanical behavior and deformation mechanism of the treatment affected subsurface layer are investigated. With help of meso-scale material testing and finite element modeling the project is quantifying effects of material distortions and surface damage from peening to low cyclic fatigue life prediction and, furthermore, figuring out the cyclic damage evolution rules of the affected surface layer of the mechanical parts. The inter-dependence among distortion, surface damage and the LCF life of the peening affected layer is studied for computing variations of residual stresses in different geometrical parts under various temperature and mechanical loading conditions. The final goal of the project is solving the key issues in creating multi-axial low cycle fatigue design criteria and assessment methods for surface hardened mechanical parts under complex loading conditions.
喷丸强化处理是改善高性能零件疲劳寿命及可靠性的重要工序。然而有研究发现,在低循环载荷条件下喷丸工艺可能降低零件的疲劳寿命,从而可能导致机械系统在服役期间出现不可预知的灾难性事故。本项目分解研究喷丸处理零件表面改性层细观力学行为、表面形貌表征和残余应力演化规律。通过扫描电镜原位拉伸仪测量改性层畸变材料变形,运用纳米压痕技术并结合有限元计算分析量化改性层材料畸变和改性层材料力学性能的关联,建立改性层材料细观力学模型,进而推演残余应力和载荷条件的函数关系,量化材料畸变对疲劳损伤及其疲劳寿命的影响。通过制备特殊试件,运用唯像损伤力学的概念研究喷丸表面形貌对材料疲劳损伤演化的影响,揭示表面形貌、残余应力和零件几何形状及机械载荷的映射关联。建立喷丸工艺、细观材料力学性能和零件表面完整性分析方法,探索喷丸强化零件多轴疲劳寿命预测及其强度设计理论,建立高性能强化处理零件多轴低循环疲劳寿命评价方法。

结项摘要

表面强化处理是提高关键零部件疲劳寿命及可靠性的重要工序。然而,在表面强化材料低周疲劳寿命研究过程中发现,表面强化处理可能降低其疲劳寿命,从而导致零件寿命设计问题。如何评估表面强化处理对零件材料疲劳行为的本质影响,须对强化材料力学行为进行机理和定量描述研究。.本项目系统开展了对喷丸强化处理镍基高温合金材料的实验和计算研究,借助均匀预压缩变形试验、纳米压痕测试和有限元计算等研究方法,分别获得不同预应变下材料的应力应变关系,建立塑性变形和纳米压痕硬度、应力应变关系之间的幂律关系。通过对表面强化材料改性层不同深度位置的材料进行纳米压痕试验,根据前述研究结果,鉴别表面强化改性层材料不同深度位置的力学性能分布。结合有限元,建立了纳米压痕测试有限元计算模型,模拟不同预应变材料纳米压痕试验,可以通过计算准确的模拟实验结果。该研究为改性层材料力学性能评价提供方法,为评价表面强化材料疲劳损伤力学行为提供基础。.在研究材料力学性能的基础上,进一步开展了强化材料多轴疲劳损伤和寿命评估研究,运用唯像损伤力学的概念研究喷丸表面形貌对材料疲劳损伤演化的影响,揭示表面形貌、残余应力和零件几何形状及机械载荷的映射关联。建立喷丸工艺、细观材料力学性能和零件表面完整性分析方法,探索喷丸强化零件多轴疲劳寿命预测及其强度设计理论,提出了基于平均应力修正和强化材料本构模型的强化零件疲劳寿命预测方法,建立了高性能强化处理零件多轴低循环疲劳寿命评价方法。

项目成果

期刊论文数量(29)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(3)
Investigation of Thermal Gradient Mechanical Fatigue Test Methods for Nickel-based Superalloys
镍基高温合金热梯度机械疲劳试验方法研究
  • DOI:
    10.1007/s11340-020-00680-8
  • 发表时间:
    2021-01
  • 期刊:
    Experimental Mechanics
  • 影响因子:
    2.4
  • 作者:
    Sun J.;Yuan H.
  • 通讯作者:
    Yuan H.
Investigation of long-term thermal aging-induced dainage in oxide/oxide ceramic matrix composites
氧化物/氧化物陶瓷基复合材料长期热老化引起的磨损的研究
  • DOI:
    10.1016/j.jeurceramsoc.2019.10.052
  • 发表时间:
    2020-04-01
  • 期刊:
    JOURNAL OF THE EUROPEAN CERAMIC SOCIETY
  • 影响因子:
    5.7
  • 作者:
    Yang, Zhengmao;Yang, Junjie
  • 通讯作者:
    Yang, Junjie
Evolution and characterization of cyclic thermal shock-induced thermomechanical damage in oxide/oxide ceramics matrix composites
氧化物/氧化物陶瓷基复合材料中循环热冲击引起的热机械损伤的演变和表征
  • DOI:
    10.1016/j.ijfatigue.2018.11.006
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    International Journal of Fatigue
  • 影响因子:
    6
  • 作者:
    Yang Z.;Yuan H.;Liu H.
  • 通讯作者:
    Liu H.
Thermal gradient mechanical fatigue assessment of a nickel-based superalloy
镍基高温合金的热梯度机械疲劳评估
  • DOI:
    10.1051/matecconf/201930007004
  • 发表时间:
    2020-06
  • 期刊:
    International Journal of Fatigue
  • 影响因子:
    6
  • 作者:
    Jingyu Sun;Huang Yuan;Michael Vormwald
  • 通讯作者:
    Michael Vormwald
A novel elastoplastic constitutive model for woven oxide/oxide ceramic matrix composites with anisotropic hardening
具有各向异性硬化的编织氧化物/氧化物陶瓷基复合材料的新型弹塑性本构模型
  • DOI:
    10.1016/j.compstruct.2019.111420
  • 发表时间:
    2019-12
  • 期刊:
    Composite Structures
  • 影响因子:
    6.3
  • 作者:
    LIU Hui;YUAN Huang;YANG Zhengmao
  • 通讯作者:
    YANG Zhengmao

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袁荒的其他基金

镍基单晶涡轮叶片长效热机使役性能表征及跨尺度剩余寿命计算方法
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2021
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    2021
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    地区科学基金项目
强拘束效应下三维弹塑性疲劳裂纹扩展内聚区模型研究
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  • 项目类别:
    面上项目

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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