局部表面納米化提高金屬板強度研究.pdf

1、金屬板結構在工程中有著廣泛的應用。長期以來對此類結構的安全問題一直被人們普遍關注。板的強度問題與結構的安全性密切相關。減輕板結構的重量且增加其強度一直是人們追求的目標。一般說來，薄板結構容易產生較大變形，其變形特征受邊界條件和外部荷載制約。當板結構受到外部載荷作用時，容易出現應力分布的不均勻性和應變的局部化。往往在這些局部區(qū)域，板也更容易發(fā)生破壞。板的局部區(qū)域增加強度是一種有效的手段。通常采用更換材料或改變邊界支撐條件和添加附加結構等方

2、法可增加抗拉強度和抗彎強度。然而，這樣會改變結構布局，需重新設計校核。且該布局也改變了外表，對美觀產生影響。本文一改傳統(tǒng)的研究方法和思路，試圖研究一種既不改變材料和結構外表形狀，又增強結構強度的方法和技術。該方法的特點為將薄板結構材料的表面進行局部表面納米化。借助于局部表面納米化技術改變材料和結構的力學性能，不僅可以達到在受拉伸或彎曲等荷載作用下對薄板結構設計要求，而且可實現增加結構整體強度和降低局部位移的目的。這樣可以發(fā)揮材料和結構的

3、最大效能。從而提出一種新的薄板結構對其承受荷載下變形的控制方法和設計增強結構局部特性的解決思路。在論文中采用有限元分析方法對問題展開數值模擬，得到如下研究成果:
　　1.提出一種增強矩形薄板整體抗拉和抗彎強度的局部表面納米化布局方法。分別分析在薄板受拉伸和彎曲時，通過局部表面納米化對薄板主要承載區(qū)域進行優(yōu)化設計，發(fā)現其在納米處理后薄板整體位移有大幅度減小，且局部納米化區(qū)域布局在應力集中區(qū)域或應力較大的區(qū)域效果更明顯。分析了外載荷的

4、大小和不同約束情況下對薄板位移的影響。結果表明局部表面納米技術可以提高抗拉剛度和抗彎剛度，外載荷和約束的情況也對薄板變形較大影響。
　　2.針對金屬薄板應力集中問題，提出一種局部表面納米化布局方案。考慮各種形狀且具有多個應力集中情況的薄板，對薄板中易應力集中區(qū)域進行局部表面納米化。研究結果表明，在同樣荷載條件下，受拉伸薄板的最大位移明顯減小。結果還表明，薄板的整體表面進行納米化并不是最佳方式。而合理的局部表面納米化布局也可實現不僅

5、降低應力集中系數，而且整體最大位移的減小?？梢钥闯?，局部表面納米化布局既可以達到設計要求，且可以降低加工工藝的難度和節(jié)約成本。算例表明，可減少表面納米化區(qū)域的80％。這樣可以優(yōu)化納米化加工工藝。
　　3.考慮有孔洞的金屬薄板強度問題，給出一種局部表面納米化布局方法。根據含孔洞薄板的特殊性，提出一種孔洞附近的覆蓋方法和局部納米化程度方法。以矩形孔洞的薄板為例，進行了數值模擬。結果表明，孔洞附近覆蓋納米化方法可以使得薄板位移大幅減小。