Fatigue Performance of Titanium 6AL-4V Friction Stir Welds

Effects on the Surface Texture,Superplastic Forming,and Fatigue Performance of Titanium 6AL-4V Friction

Stir Welds

D.G.Sanders,M.Ramulu,P.D.Edwards,and A.Cantrell (Submitted December 8,2009;in revised form January 18,2010)

The speed and feed effects of the friction stir welding (FSW)process on the surface texture along the top of a butt welded nugget were studied.The tests were conducted using ?ne grain (0.8-2l m)titanium alloy 6Al-4V with a nominal thickness of 2.5mm.It was shown that the pin tool marks along the top surface of the weld can be highly detrimental to both the superplastic forming (SPF)characteristics and the fatigue performance of welded panels.Removing the marks by machining the top surface after FSW was found to eliminate the predominant tearing of the weld during SPF and most of the fatigue life of across the weld was also restored.Through additional development of the FSW process parameters,the butt welded nugget was made to have equivalent SPF characteristics as the parent sheet material.By using a water-cooled pin tool and other cooling techniques,it is believed that the weld zone can be kept below the beta transus tem-perature during FSW,which enables the formation of a grain structure that is uniquely conducive to superplastic behavior,when compared to conventional fusion welding processes.

Keywords

fatigue,friction stir welding,superplastic forming,surface texture,titanium

1.Introduction

The purpose of this study was to investigate the enabling technologies that would be required to produce tailor-made titanium blanks for the fabrication of very large monolithic SPF formed components to be used on commercial jet aircraft.Prior to this development work,the size of titanium sheet metal components was severely limited by the maximum sheet material sizes produced by the rolling https://www.wendangku.net/doc/0816261107.html,ing a combi-nation of FSW and SPF processes,the size of blanks that can be created and subsequently formed into complex shapes is no longer limited by the raw material.

The FSW process has only recently been adapted for the butt joining titanium and very little data is available on the fatigue properties of as-welded material.Most aircraft structures are subjected to fatigue loading due to the cyclical loading induced

by the rigors of ?ight,pressurization of the hull,landing/take-off loads,wing loading/unloading and many other design factors.Previous studies have been made to investigate the mechanical properties of titanium FSW butt welds (Ref 1-3).However,in order to make a reasonable comparison between the FSW process and alternative joining methods,it was necessary to perform a high-cycle fatigue test across the weld joint.

The initial tests showed that FSW of titanium 6Al-4V is far more complicated than FSW of aluminum for a variety of reasons.Special methods and process controls had to be developed during the development to make a repeatable FSW butt weld without defects that would be considered production quality ‘‘class A’’by aerospace standards.Figure 1(a)shows one of the initial FSW welds that was made at the University of South Carolina (Ref 2,3)and Fig.1(b)shows a weld made recently on a Boeing owned FSW machine designed speci?-cally for titanium and using optimal process parameters.During the early stages of SPF tests across the as-FSW weld beads,it became clear that the pin tool marks,also known as pin tool marks,that are left behind on the top surface,were having a profound effect on the SPF forming characteristics of the test parts.In some cases,the rough texture was so severe that it caused tearing completely through the sheet along the weld bead joint during fabrication,as seen in Fig.1(a).Note the improvement in terms of the reduction of the burr that is observed and roughness of the surface texture depicted in Fig.1(b).

Figure 2shows the cross section of a FSW that highlights the very sharp peaks and crack-like valleys created by the pin tool on the top surface of one of the ?rsts weld tests,without using an optimized process.It is the stress concentration created by these severe markings that caused the initial SPF test coupons to fail by cracking,and in later tests proved to be highly detrimental for the fatigue life.

This article is based on a presentation at the AeroMat Conference,International Symposium on Superplasticity and Superplastic Forming (SPF)held in Austin,TX,June 23-26,2008.

D.G.Sanders and P.D.Edwards ,The Boeing Company,Seattle,WA and Department of Mechanical Engineering,University of Washington,Seattle,WA;M.Ramulu and A.Cantrell ,University of Washington,Seattle,WA.Contact e-mail:daniel.g.sanders@https://www.wendangku.net/doc/0816261107.html,.

JMEPEG (2010)19:503–509óASM International DOI:10.1007/s11665-010-9614-41059-9495/$19.00

2.Experimental Procedures

2.1Friction Stir Welding Development

The stirring pins are subjected to high temperatures and stresses,making their design and material choice a critical element of the process.Shielding using inert argon gas is needed to avoid oxidation of the titanium,which means that a clumsy trailer must cover the stirred zone during cooling,which makes it dif?cult to observe the stirring process.Figure 3shows a simple argon ‘‘trailer’’box that was used to cover the hot FSW butt weld with argon gas as it cooled.

Titanium friction stir welds were performed in a temperature range in the weld nugget that is estimated to be between 750and 950°C (judging from the bright orange color that is observed during the process and metallography).The upper temperature gradient is very close to the beta transus temper-ature,which cannot be exceeded beyond a short period of time without severely altering the material properties.On the other hand,the FSW welds that were made with process parameters that caused colder than normal welds ($750to 850°C)tended to have highly re?ned grain structure,which resulted in ultra-?ne grain sizes that were found to be far too superplastic when compared to the parent sheet and caused extreme thinning of the welds.It was found that heat must be removed from the stir area using water cooling of the pin tool and other proprietary cooling methods to obtain the desired results.It was observed that the overall process is extremely sensitive to small changes in the amount of heat removed.

The primary FSW process parameters are the z -direction forging load or the z -dimension position relative to the backing

anvil (sets the gap distance between the bottom of the rotating pin tool to the anvil,which is optimized at approximately 0.075mm),the spindle RPM,the tool pin geometry,the water cooling factors for the pin tool (?ow rate of water),and the feed rate.Each of these variables can be made to either add additional energy,hence heat into the stir zone,or to decrease it.Since FSW is a thermo-mechanical process,the stirring mechanism is governed to a large extent by the temperature of the weld nugget during the actual stirring.The frictional forces between the stirring should and pin tool can either be increased or decreased,for example increasing the RPM of the spindle would clearly increase the stir weld temperature,while slowing it down will cool it.

The basic process parameters (RPM and feed rate)for FSW titanium must be much better controlled than those for aluminum (Ref 4-6).RPM changes of 5to 10were found

to

Fig.1The FSW seen in (a)is the result of one the very early attempts to FSW titanium and the test sample shown in (b)is the result of a recent test using highly optimized FSW parameters and

equipment

Fig.2A micrograph taken across the width of an FSW titanium test sample.It clearly shows the sharp peaks and valleys caused by the motion of the stir pin across top surface of the

weld

Fig.3A simple ‘‘trailer’’is used behind the FSW pin tool &spin-dle to shield the weld from atmosphere with argon gas to prevent oxidation during welding and cooling

cause dramatic differences in the outcome of the weld and feed rate changes of 5to 15mm/min were found to have a signi?cant effect on the weld quality.These two parameters indicate that the titanium FSW process is roughly 5to 10times more sensitive to change than the FSW process is for aluminum.Because of this,very tight process control is required.The z -direction (axial)forging load is approximately 45kN,which is more than triple the force required to stir a comparable aluminum component,which means that many FSW machines that were designed for aluminum welding may not be suitable for use with titanium.An extra effort must be made to clamp the sheets together tightly in the weld con?guration order to keep the edges of the sheets butted together,such that splitting between the sheets does not occur in the transverse direction.Figure 4(a)shows a simple clamp-ing device that was used to hold two test pieces together during welding and Fig.4(b)shows a more secure system that was devised later at the University of South Carolina ?s FSW Laboratory,which features a pair of custom-made truss beams.

2.2Superplastic Forming Development

A study of the superplastic forming (SPF)characteristics of FSW joints was performed using mill annealed 6Al-4V ?ne grain titanium to determine whether the process would be suitable for fabricating complex shapes of deeply formed pans.The initial scoping test plan included the fabrication and testing of hot tensile test coupons with the FSW centered in the gage area,as shown in Fig.5,whereby roughly half the gage length was kept as parent metal and the other half was FSW material.The superplastic properties were measured at the Paci?c Northwest National Laboratory using a forming temperature of 774°C and a constant strain rate of 2.7910à4s à1.In general,coupons were pulled to a total superplastic strain level between 70and 100%before the test was stopped.Figure 5is a photograph of several test coupons that were tested during this project.

Typical process parameters for achieving the titanium FSW with an equivalent superplastic strain between the parent and FSW weld zone were found to have an RPM range of 150to 400,feed rate of 0.83to 5.00mm/s,and forge loads of approximately 25to 65kN.These can be compared to the aluminum 5083-SP FSW welds with equivalent superplasticity

to the parent sheet,which has the much more forgiving process tolerance band of RPM of 200to 1500,a feed rate of 1.25to 6.67mm/s,and typical forge loads of only 5to 25kN.To date,the best titanium 6Al-4V ?ne grain test welds that have been produced were made with RPM =325,feed rate of 1.67mm/s,and a forge load of 55kN (using position control in the z -direction).

Superplastic tensile testing was followed by the manufac-turing of a sub-scale SPF pans using an existing test die at Boeing that yields a test part that resembles half of a dirigible (lighter than air ship),which is often referred to as the ‘‘zeppelin’’pan,reference Fig.6.The FSW weld line is along the center of the width of the formed part.As the FSW process was developed more closely,the surface tearing and burrs were reduced,but tears were still observed inside width or along the length of the weld beads during SPF forming of test pans,reference Fig.7.

Figure 8(a)shows a slightly enlarged macroscopic view of the FSW area that was highly effected by the pin tool marks on the top surface of the weld during SPF forming of a ‘‘zeppelin’’pan.It can be seen that the small peaks and valleys of the pin tool marks have been subjected to very large elongations and local thinning of the material,which has also caused some of the valleys to widen out to varying degrees of severity between the peaks.The amount of forming across the valley features was found to be a function of how deep and sharp that the valleys were prior to forming.

The

Fig.4(a)A simple clamping arrangement with insuf?cient clamping force.(b)A truss style clamping beam apparatus is used to tightly secure two sheets together while making a titanium FSW butt

weld

Fig.5Four FSW superplastic tensile test coupons are shown after stretching the parent metal and FSW zone to determine the relative superplasticity of each region (parent metal and weld)

deepest pin tool swirl marks tended to have the worst localized stretching and in some cases the thinning caused forming cracks between peaks.Figure 8(b)shows an enlarged view of the top side of a highly elongated superplastic formed weld nugget with numerous very small ?ssures between the peaks of the circular pin tool marks.

After considerable development and testing,it was found that the best SPF performance could be realized by

completely

Fig.6(a)An SPF formed zeppelin test pan is shown cooling down immediately after being formed in a hot die.(b)The formed zeppelin pan with its ?at facets,which are suitable for cutting test

coupons

Fig.7One of the ?rst zeppelin pans that was SPF formed is shown with severe FSW surface defects:(a)tears on the FSW top surface and (b)a torn hole through the entire thickness of the

FSW

Fig.8(a)Macroscopic view across the top surface of a superplastic formed FSW welds with severe deformation between the peaks of the pin tool marks.(b)The pin tool swirl marks after SPF with numerous very small ?ssures between many of the highly elongated valleys

machining or grinding away the pin tool marks prior to forming,whereupon the SPF performance across the weld was very similar to forming parent metal.

3.Results

As more data on the superplastic characteristics of the FSW became available via the use of subscale hot tensile superplasticity testing,the quality of the welds was greatly improved by adjusting the FSW process parameters.Even-tually,this made the forming of zeppelin pans much easier and with far fewer defects.Although some facet coupons that did have defects were tensile tested despite their poor quality,the ones that were made later in the test regime with the better welds showed remarkable improvement in the mechan-ical tensile properties,with some resulting in mechanical properties that were very close the parent sheet,except for elongation (Ref 1).

Following the development of the basic FSW and SPF process,with fully optimized results,a test was performed to characterize the fatigue performance of the as-FSW weld beads.During the test regime,‘‘zeppelin’’forming tests had shown that tearing during SPF forming could be completely avoided if the jagged top surface of the FSW bead was removed by machining.Mechanical testing also showed tremendous improvement,nearly to parent metal properties,provided that the pin tool marks were either ground off or machined prior to testing (Ref 7).With this in mind,a fatigue test was performed to gage the relative performance in fatigue of coupons with

both transverse and longitudinal FSW beads relative to the coupon length.Figure 9(a)shows the location of a set of FSW transverse weld beads and Fig.9(b)is an image of a longitudinal FSW on a single fatigue test sample.

The microstructure of one of the ?rst fatigue coupons tested was examined and found to have multiple fatigue cracks initiations that started from several of the pin tool mark valleys.A photo of an as-FSW top surface is shown in Fig.10(a).Figure 10(b)is a 30power magni?cation of the ?rst fatigue test coupon made during this study,in which multiple fatigue crack initiations can be clearly seen all across the top FSW surface,which contains the repeating pin tool markings.

An experimental test plan was designed to evaluate the fatigue performance in tension of the as-FSW titanium and also to determine the fatigue improvement that would result from removing the tool marks via combinations of machining the as-stirred top surface ?at,stress relieving and/or low plasticity burnishing.In the case of machining,the amount of FSW surface removed was 200-300l m,which assured that the rough surfaces and shallow sub-surface defects were com-pletely eliminated.

Test pieces made of 2.5and 3.0mm thick titanium 6Al-4V ?ne grain size sheet metal were FSW butt joined together to build 20test panels that were 20mm wide by 60mm long.Figure 11shows a photograph of four completed test panels prior to cutting out test coupons across the weld line.

The test panels used in this study were made using a FSW machine located at the Boeing Plant in Auburn,WA,and were provided to the University of Washington under a research contract.All panels were laser welded with a 1mm wide by 1mm deep bead on the bottom of the butt joint to eliminate

any

Fig.9(a)Four of the fatigue test coupons cut from an FSW panel with transverse FSW welds.(b)A longitudinal FSW fatigue

coupon

Fig.10Typical FSW specimen sub-surface and fatigue fractured surfaces:(a)a sectioned weld nugget at 59and (b)multiple fatigue fractures across the top surface of a fatigue test coupon at 309

chance of Lack of Penetration (LoP)upon completion of the FSW.After FSW,the laser weld was obliterated,with the exception of a 1mm wide 90.05mm deep weld nugget at the bottom center of the joint.The other key FSW parameters used were as follows:300RPM,1.27mm/s feed rate,a 3°tilt of the spindle away from the direction of travel and a forge load in the z -direction of 31to 40kN.Note that the recorded process loads are a resultant of the other parameters.That is,the forge load is not an input parameter for the process,because position control was used.However,loads are used to compensate for the defection in the equipment and maintain the desired plunge depth.

Following the FSW joining,most of the test panels were stress relieved using a vacuum furnace with a temperature of 730°C and a soak time of 30min,which was followed by furnace cooling.Table 1gives the exact number of test coupons that were produced and fatigue tested using each of the various process parameter options,including the stress relieve and low plasticity burnishing (LPB)options.

The water jet cutter at the U.W.Mechanical Engineering ?s machine shop was used to cut out the dog bone specimens.After water jet cutting,the edges of the coupons were buffed using a ?ne composite buf?ng wheel,followed by wet hand sanding with 320,400,and ?nally 600grit sand paper.All nicks and edge steps were eliminated and the specimens were carefully packaged to avoid scratching prior to the fatigue tests.If a large protruding burr was present on either the advancing or retreating side of the top FSW surface,it was removed by snapping it off with a pair of needle nose pliers prior to the fatigue test.

For the tension-tension fatigue testing,a 50kN computer controlled Material Test System (MTS)servo-hydraulic tension

testing frame style machine located in the U.W.Material Science Department test laboratory was used.For all of the tests,the load ratio (R =stress min/stress max)was kept at 0.1under the load control mode of operation.The sinusoidal waveform was set to a frequency of 15Hz.Hydraulically actuated grips were used to hold the titanium coupons.An examination of the test coupons after the fatigue test showed that the as-welded coupons broke from cracking that occurred within the width of the FSW and the machined coupons tended to have brittle failure similar to the test pieces made entirely from parent metal (no FSW),reference Fig.12.The results of the fatigue test are shown graphically in Fig.13.

4.Conclusions

From the fatigue test results seen in Fig.13,it can be estimated that the parent metal exhibited a fatigue endurance limit that was about 620MPa.The next best performance was from the transverse FSW coupons that had the stirring pin tool marks removed from the surface by machining and also had LPB performed to induce fatigue-resistant compressive stress.The apparent endurance limit for this combination of processes was 565MPa,which is 91%of the observed parent metal ?s endurance limit.This ?nding is quite remarkable,because other titanium welding processes have a much larger drop in fatigue performance.The tungsten inert gas (TIG),laser fusion and resistance welding processes are typically designed for fatigue applications using an endurance limit of 205MPa,per the ASTM handbook that is often used for the design of non-aerospace mechanical equipment (Ref 8).The transverse FSW coupons that simply had the stirring pin marks removed by machining performed nearly as good as the parts with the

LPB,Fig.11A set of four of the FSW test panels is shown in this photo after joining

Table 1Fatigue test coupons were produced

for this study using the seven different FSW process combinations and post-welding conditions as shown

Condition number Processes used Original thickness,mm Longitudinal or transverse

FSW 1Parent metal,no FSW 2.5Not FSW welded 2As FSW

2.5Transverse 3As FSW and stress relief 2.5Transverse 4FSW,stress relief add machined

3Transverse 5FSW,stress relief and LPB 2.5Transverse 6

FSW,stress relief,mach.,and LPB

2.5Transverse 7

FSW,stress relief

2.5

Longitudinal

Fig.12The photos shown are fatigue life test coupons that were both FSW welded in the transverse direction.They are shown after fracture during the fatigue test.(a)A coupon that has been machined before the fatigue test and (b)a coupon that was left with the as-FSW surface

with an observed endurance limit of496MPa,which is81%of the parent metal strength.

Acknowledgments

The authors thank the Boeing Company for supplying?nancial support for this research and providing the test facilities for the forming of SPF pans.Thanks are given to A.Reynolds of the University of South Carolina,T.Trapp of the Edison Welding Institute and G.Grant at the Paci?c Northwest National Labora-tories for laying the FSW titanium technical foundation needed to conduct this test.A special thanks is also due for B.Flinn of the University of Washington?s Material Science Department for permitting the long-term use of the MTS fatigue test laboratory. References

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2017年钛及钛合金行业分析报告

2017年钛及钛合金行业分析报告 2017年10月

目录 一、行业管理体制和行业政策 (4) 1、行业管理体制 (4) 2、行业主要法律法规及政策 (4) 二、钛金属概况 (5) 三、行业上下游之间的关系 (6) 四、行业壁垒 (7) 1、技术壁垒 (7) 2、政策壁垒 (8) 3、资金壁垒 (9) 4、客户信任度壁垒 (9) 五、行业发展现状、趋势和规模 (10) 1、世界钛行业发展现状 (10) （1）优质钛矿 (10) （2）海绵钛 (11) （3）钛废料 (11) （4）中间合金 (12) 2、我国钛行业发展现状 (12) 3、我国钛及钛合金市场规模及市场供需 (14) （1）市场规模 (14) （2）进口情况 (15) （3）市场需求 (15) 4、我国钛行业发展趋势 (17) （1）钛产品技术创新 (17) （2）产品向高端领域转移 (17) （3）钛工业逐渐趋于国际化、规模化 (18) 六、行业风险特征 (18)

1、宏观经济影响引起的行业风险 (18) 2、高端钛的供应风险 (19) 3、中低端钛制品产能过剩，产业结构亟待调整 (19) 4、自主创新能力不强 (19) 5、环境保护的风险 (20) 七、影响行业发展的因素 (20) 1、有利因素 (20) （1）完整的钛产业链体系已经形成 (20) （2）国家不断推动技术创新 (21) （3）政策扶持 (21) 2、不利因素 (22) （1）高品位钛矿资源缺乏，同质化、中低端钛产品产能过剩 (22) （2）钛及钛合金产品的稳定性与国外还有很大的差距 (22) 八、行业竞争状况 (23)

钛及钛合金机械加工要求综述

钛及钛合金机械加工要求 一、钛及钛合金切削特点: 1、变形系数小:变形系数小于或接近于1,切削在前刀面上滑动摩擦的路程大大增大,加速刀具磨损。 2、切屑温度高:在相同的切削条件下,切削温度可比切削45号钢时高出一倍以上。 3、单位面积上的切削力大:容易造成崩刃,加大刀具磨损并影响零件的精度。 4、冷硬现象严重:降低零件的疲劳强度,加剧刀具磨损。 5、刀具磨损:在切削温度高和单位面积上切削力大的条件下,刀具很容易产生粘结磨损。 二、刀具选择 1、切削加工钛及钛合金应从降低切削温度和减少粘结两方面出发,选用红硬性好,抗弯强度高,导热性能好,与钛合金金亲和性差的刀具材料。 2、常选用YG类硬质合金刀具比较适合,常用的硬质合金刀具材料为:YG8、YG 3、YG6X、YG6A、813、643、YS2T和YD15等。 3、也可以选用金刚石和立方氮化硼作刀具。 三、加工设备要求 1、设署专用加工场地,确定专用加工钛及钛合金的机床。 2、工作区域辅设橡胶板或木地板,以免碰伤、擦伤钛材表面。

3、与钛及钛合金接触的所有工具、夹具、机床或其它装置必须洁净。 4、经清洗过的钛合金零件,要防止油脂或指印污染,否则以后可能造成盐(氯化钠的应力腐蚀。 5、禁止使用铅、铜、锡、镉及其合金,锌基合金制作的工具,夹具与钛,钛合金接触。 四、切削加工的要求 1、由于钛及钛合金的弹性模量小,工件在加工中的夹紧变形和受力变形大,会降低工件的加工精度,工件安装时夹紧力不宜过大,必要时可增加辅助支承。 2、切削液选用不含氯化物的切削液。 3、切削时,应大量浇注切削液,使钛及钛合金加工时充分得到冷却。 4、加工时,应防止切屑在机床上堆积。 5、刀具用钝后立即进行更换,或降低切削速度,加大进给量以加大切屑厚度。 6、加工时如一旦着火,应采用滑石粉,石灰石粉末,干砂等灭火器材进行扑灭,严禁使用四氯化碳,二氧化碳灭火器,也不能浇水。

第一讲：钛及钛合金金应用领域

钛及钛合金金基本知识 一.钛的应用 我们现在在这工作的每一个人对钛都有一个初步的认识，都知道钛是一种比重轻，耐腐蚀，耐热性好等许多优良性能，被誉为“未来金属”“二十一世纪金属”是具有发展前途的新型结构材料。它有类是铝材的金属色泽，大家也解了一些钛材的有关知识。咱们先从海绵钛谈起，我国的钛矿储量是世界已探明储量的64%左右，从矿石工业类型上看，我国钛资源主要是原生钒钛磁铁矿岩矿，其次是外生钛铁矿沙矿，第三是金红石岩矿，第四是金红石沙矿，我国钛精矿产能只要分布在四川攀枝花，海南，广西，攀枝花是我国最大的钛精矿供应基地，占中国市场的90%以上。钛资源主要用来生产钛白，金属钛（海绵钛），含钛钢以及钛焊丝和涂料。海绵钛主要是通过镁还原和钠还原（蒸馏法）二种方法，其它方法还没有工业化生产。2008年底，中国海绵钛产量达到6万吨，居世界第一。钛加工材2.7万吨左右，宝钛2008年钛加工材1.1万吨。钛锭生产约5万吨。宝钛只占1/5多。在中国化工用钛是第一大户，占全国用钛量的44%左右，航空航天占17%左右，体育休闲领域的用钛量为16%，排行第三。（据2007年统计）。在美国欧洲，钛材主要用于航空航天领域，约占60%，在日本，钛材主要用于化工.电力等领域，约占50%。而在中国，主要应用于化工.体有休闲等领域，约占70%。国外主要钛材生产企业有美国钛金属，Timet,RTI国际金属公司，Allegheny，日本的神户制铁.住友钛和新日铁。俄罗斯的VSMPO-AVISMA。 钛棒是怎样加工出来的，以前我们没有接触钛的时候，对钛都有一种神秘的感觉。的确，钛是一种新兴的金属，在20世纪如果说到钛，我们无论老少很多人会感到很陌生，不要说全国，就是咱们宝鸡号称是中国钛城，知道钛的人也不是很多。所以把钛称作稀有金属，曾经成立的中国稀有稀土集团中就有宝钛集团和遵义钛业的身影，其实钛元素在地球上并不是一个稀缺元素，在所有元素中排行老十，之所以把它排入稀有金属，主要是冶炼困难，工艺复杂，造成生产成本高，所以市场售价就高。钛材的价格大约是不锈钢的十倍，是普通钢的100倍左右。一般的地方是用不起的，到现在为止也只是用在航天航空军工化工医疗等用得起或者非用不可的地方。中国民用市场在70年代中期才大量推广应用。现在随着钛金属应用越来越广泛，以及钛的产能逐年大幅提高，知道和认识钛的人越来越多了。现在钛的应用除了国防工业的飞机，火箭，导弹，潜艇以外，化工，医学，体育，汽车，建筑，日常生活都有钛及钛合金的应用。而且今后钛的事业这块蛋糕会越做越大，发展越来越快，应用越来越广泛。钛是个朝阳产业。所以我们大家都应该对我们的企业未来充满信心。为什么今天先讲钛的应用，原因是我们每天都在钛行业里工作，就应该知道我们所生产的产品都用在哪些地方，不然，亲戚朋友问到你们钛是干什么的，都用在什么地方，答不上来会很尴尬的。销售部门的人知道了这些就知道到哪去找市场，质量部门的人知道了这些，就知道钛材料的标准为什么要这样要求。钛元素是英国分析化学家格列高尔在1789年在英国的默纳陈河谷中发现的，虽然他兴趣极浓，但是并没有引起人们的重视，直到二十世纪四五十年代才开始开发钛的应用，到现在也只有50多年的历史，最开始那是1954年美国人第一次炼出了钛合金，也就是Ti—6AI—4V, 钛的最早的应用是从航空工业开始的，后来在研制火箭.导弹.人造卫星.和航天器材时就考虑到钛的许多优点，也成为这些领域使用的重要材料之一。到现在也已经广泛的应用在

虚拟天文馆“学习指南”(六下)复习过程

虚拟天文馆“学习指南”(六下)

虚拟天文馆学习指南 学习者：六（）姓名__________ 一、月球观察 （一）观察同一天的不同时间，月球运动的方向： 1.打开虚拟天文馆，设置地点：苏州；时间：2016年4月17日15时 2．缩小画面,点亮"基点"按钮，调整方向使地面水平（东、南、西三字呈一直线）。点击“加快时间”按钮: 从地面观察，在同一天的不同时间，月球的运动方向是自______向______。 3.我们还观察到不仅月球这样运动，其他星体（除北极星外）的运动方向也是自______向______的。 （二）观察不同日期的同一时间，月球的运动方向： 缩小画面,点亮"基点"按钮，调整方向使地面水平（东、南、西三字呈一直线）。 1.设置观察时间：2016年4月7日20时（农历三月初一），不关闭“日期时间”窗口， 逐一增加日期（时间始终为20时，分、秒忽略），连续观察月球的方位，直到2016年5月6日（农历三月三十）是一整个月。 2.同样的方法，继续往后推时间，观察下一个月的月球方位。你发现什么规律了么？ 从地面观察，月球在不同日期的同一时间，运动的方向是自_____向_______的。（三）观察月球的样子（月相） 1.打开“日期时间”窗口，设置时间为2016年4月10日20时（初四，7、8、9日观察不到 月球）。不关闭“日期时间”窗口，点击月球。按画面右上角第二个“传感器”按钮，近距离观察月球的样子。注意：请不要用目镜观察，目镜观察到的图像是相反的。 2.逐一增加日期（时、分、秒忽略），连续观察月相的变化，找到规律，请连线。 收集于网络，如有侵权请联系管理员删除

纯钛及钛合金热加工性能全参数

纯钛热加工性能参数 1. 来料牌号及化学成分 注：合金牌号对应标准GB/T3620.1-2007 2.纯钛的物理性能 熔点1668±4℃ 密度ρ＝4.5g/cm3 弹性模量E＝1.17×105MPa、G＝0.44×105Mpa（约为钢的54%）导热系数λ＝19.3Wm-1K-1 热膨胀系数10.2×10-6/℃（室温-700℃） 泊松比υ＝0.33

3.常温下力学性能 4. 加热规范 板坯在热轧前需要在加热炉中均匀加热， 为防止氧扩散，应限制加热温度和时间，因此，从成材率、表面质量考虑，该扩散层的厚度越薄越好，为此，热轧带卷加热温度的设定应在保证稳定轧制并可卷制成带的情况下，尽可能低。通常工业纯钛在加热炉内最好加热至800~920℃。 纯钛料轧制时的加热制度和终轧温度 5. 轧制过程控制 热轧分为粗轧和精轧。粗轧通常使用可逆式轧机，从厚板坯（80~300mm ）的轧制到供精轧机轧制的板材厚度（25~40mm ），需经5~7个道次的轧制。纯钛的粗轧终轧温度为790℃。精轧工序在6~7台串列式轧机进行，可将25~40mm 的板坯连续加工成钛带材（厚3~6mm ），轧制速度可达

300~600m/min。 轧制过程温度控制参数为：钛板坯在加热炉中加热到800~920℃，在910℃出炉；粗轧终轧温度为790℃，连续热轧时钛坯温度控制在650~800℃范围，终轧温度为670℃；在470~490℃温度范围进行卷取。轧制后立即将钛带在输出辊道上用水冷或空冷的方法，以大于5~10℃/s的速度冷却，在低于500℃时卷取，以保证带卷材质均匀。 其它工艺要点有：严格控制初轧及连轧时各机架压下量和各机架上带材的温度；避免辊道对带材表面划伤；每轧3~4块清理一下辊道上的金属沾污；热轧带卷初始阶段，需要建立一个稳定的、大于4MPa/mm2的后张力，防止因带材卷乱或松卷引起划伤。 轧制温度对纯钛的单位压力的影响

LMS TecWare疲劳载荷处理软件

疲劳载荷处理软件（LMS T ecWare）技术指标 ?系统要求 -操作系统：WindowsNT/2000， HP UX， SGI， Sun 工作站 ?任务管理和载荷时间历程管理（T ecW are Kernel 模块） -同时读入不同格式的多个文件中的任意多个时间历程，单个或多个同时显示、编辑 -时域信号编辑功能：同时对多个通道进行积分、微分、时间段剪切/粘贴、偏移/零点漂移初步矫正、数据平滑、函数生成时间历程信号、自动选择时间段… -可轻松地将时域信号在几种格式之间相互转换 -袖珍计算器和逻辑操作功能，根据数学函数生成时间历程 -桌面管理器用来管理所有数据对象并监控分析任务 -结果自动添加到当前桌面管理器中 -完全可自定义的用户界面（如菜单、按扭等） ?疲劳计数（T ecW are FatiCount 模块） -Rainflow（雨流），Range pair（程对）、level crossing（穿级）, symmetrical level crossing（对称穿级）, Peak Count（峰值计数）III … -一次批作业设置可以处理多个时间历程和通道 -交互式设置处理参数 -预定义的通用参数（滤波带宽、分级数、结果储存方案等） ?基于雨流矩阵的基本编辑和处理、重构为时间历程（T ecW are RainEdit 模块） -编辑雨流矩阵和雨流计数留数：改变分级大小和个数，对行/列/点/对角线进行计数值的修改/删除 -基于雨流矩阵的时间历程重构，进行加速模拟试验 ?基本的疲劳寿命估计(Falancs Strain & Stress 模块) -根据应变时间历程和材料特性计算该点的疲劳寿命，可以是应变片测得的时间历程 -根据载荷时间历程、应力集中系数和材料特性计算该点的疲劳寿命 -应力法和应变法多种损伤准则、均值校正 -可更改材料特性并存为新材料 ?基于雨流矩阵的载荷组合和外推（T ecW are RainExtra模块） -雨流矩阵的组合、叠加、差别比较等 -由短的时间历程生成雨流，外推到更长的使用工况 -扩展为更苛刻的载荷数据（更粗暴的驾驶员、更恶劣的试验路段等） ?耐久性试验信号处理(TecW are durability signal processing 模块) -提供处理时域信号常用的谱分析和附带交互式滤波器设计工具的频率滤波功能 -快速富氏变换（FFT）和逆变换，功率谱密度函数、频率响应函数、相干函数 -交互式滤波器设计工具：低通、高通、带通和组合式 ?高级耐久性试验信号处理(TecW are Advanced durability signal processing 模块) -检测信号异常、显示时域信号趋势。突出显示不正确的数据段，自动进行信号净化。 -自适应尖峰检测 -消除信号漂移 -逐帧信号分析 ?用多轴雨流技术进行多轴载荷分析（T ecW are MultiRain 和MultiRain Extension 模块） -把雨流矩阵扩展到包含相位影响的多轴向载荷分析 -叠加、外推为更长的测量数据，并重构为时间历程。基于雨流的所有著名的单轴向方法都扩展到多轴向。 ?多轴载荷的雨流投影滤波器(T ecW are RP filter 模块) -设定幅值大小，多通道统一滤波，显著缩短时间历程的长度，保持多轴载荷的相位特征 -保留频率特性，或者把能量损失限制在用户定义的频段内 -时间窗技术，用于保留窗内的频率特性 -试验预处理算法在需要时可以降低信号的斜率或频率

疲劳分析流程 fatigue

摘要：疲劳破坏是结构的主要失效形式，疲劳失效研究在结构安全分析中扮演着举足轻重的角色。因此结构的疲劳强度和疲劳寿命是其强度和可靠性研究的主要内容之一。机车车辆结构的疲劳设计必须服从一定的疲劳机理,并在系统结构的可靠性安全设计中考虑复合的疲劳设计技术的应用。国内的机车车辆主要结构部件的疲劳寿命评估和分析采用复合的疲劳设计技术，国外从疲劳寿命的理论计算和疲劳试验两个方面在疲劳研究和应用领域有很多新发展的理论方法和技术手段。不论国内国外，一批人几十年如一日致力于疲劳的研究，对疲劳问题研究贡献颇多。 关键词：疲劳 UIC标准疲劳载荷 IIW标准 S-N曲线机车车辆 一、国内外轨道车辆的疲劳研究现状 6月30日15时，备受关注的京沪高铁正式开通运营。作为新中国成立以来一次建设里程最长、投资最大、标准最高的高速铁路，京沪高铁贯通“三市四省”，串起京沪“经济走廊”。京沪高铁的开通，不仅乘客可以享受到便捷与实惠，沿线城市也需面对高铁带来的机遇和挑战。在享受这些待遇的同时，专家指出，各省市要想从中分得一杯羹，配套设施建设以及机车车辆的安全性绝对不容忽略。根据机车车辆的现代设计方法，对结构在要求做到尽可能轻量化的同时，也要求具备高度可靠性和足够的安全性。这两者之间常常出现矛盾，因此，如何准确研究其关键结构部件在运行中的使用寿命以及如何进行结构的抗疲劳设计是结构强度寿命预测领域研究中的前沿课题。 在随机动载作用下的结构疲劳设计更是成为当前机车车辆结构疲劳设计的研究重点，而如何预测关键结构和部件的疲劳寿命又是未来机车车辆结构疲劳设计的重要发展方向之一。机车车辆承受的外部载荷大部分是随时间而变化的循环随机载荷。在这种随机动载荷的作用下，机车车辆的许多构件都产生动态应力，引起疲劳损伤，而损伤累积后的结构破坏的形式经常是疲劳裂纹的萌生和最终结构的断裂破坏。随着国内铁路运行速度的不断提高，一些关键结构部件，如转向架的构架、牵引拉杆等都出现了一些断裂事故。因此，机车车辆的结构疲劳设计已经逐渐成为机车车辆新产品开发前期的必要过程之一，而通过有效的计算方法预测结构的疲劳寿命是结构设计的重要目标。 1.1国外 早在十九世纪后期德国工程师Wohler系统论述了疲劳寿命和循环应力的关系并提出了S-N 曲线和疲劳极限的概念以来，国内外疲劳领域的研究已经产生了大量新的研究方法和研究成果。 结构疲劳设计中主要有两方面的问题：一是用一定材料制成的构件的疲劳寿命曲线；二是结构件的工作应力谱，也就是载荷谱。载荷谱包括外部的载荷及动态特性对结构的影响。根据疲劳寿命曲线和工作应力谱的关系，有3种设计概念：静态设计(仅考虑静强度)；工作应力须低于疲劳寿命曲线的疲劳耐久限设计；根据工作强度设计，即运用实际使用条件下的载荷谱。实际载荷因为受到车辆等诸多因素的影响而有相当大的离散性，它严重地影响了载荷谱的最大应力幅值、分布函数及全部循环数。为了对疲劳寿命进行准确的评价，必须知道设计谱的存在概率，并且考虑实际载荷离散性，才可以确定结构可靠的疲劳寿命。 20世纪60年代，世界上第一条高速铁路建成，自那时起，一些国外高速铁路发达国家已经深入研究机车车辆结构轻量化带来的关键结构部件的疲劳强度和疲劳寿命预测问题。其中，包括日本对车轴和焊接构架疲劳问题的研究；法国和德国采用试验台仿真和实际线路相结合的技术开发出试验用的机车车辆疲劳分析方法；英国和美国对转向架累计损伤疲劳方面的研究等等。在这些研究中提出了大量有效的疲劳寿命的预测研究方法。 1.2、国内 1.2.1国内疲劳研究现状与方法 国内铁路相关的科研院所对结构的疲劳寿命也展开了大量的研究和分析，并且得到了很多研

钛及钛合金牌号和化学成分汇总

《钛及钛合金牌号和化学成分》(2009/11/30 15:05) （引用地址：未提供） 目录：行业知识 浏览字体：大中小 《钛及钛合金牌号和化学成分》 目前，金属钛生产的工业方法是可劳尔法，产品为海绵钛。制取钛材传统的工艺是将海绵钛经熔铸成锭，再加工而成钛材。按此，从采矿到制成钛材的工艺过程的主要步骤为： 钛矿->采矿->选矿->太精矿->富集->富钛料->氯化->粗 TiCl4->精制->纯TiCl4->镁还原->海绵钛->熔铸->钛锭->加工->钛材或钛部件上述步骤中如果采矿得到的是金红石，则不必经过富集，可以直接进行氯化制取粗TiCI4。另外，熔铸作业应属冶金工艺，但有时也归入加工工艺。 上述工艺过程中的加工过程是指塑性加工和铸造而言。塑性加工方法又包括锻造、挤压、轧制、拉伸等。它可将钛锭加工成各种尺寸的饼材、环材、板材、管材、棒材、型材等制品，也可用铸造方法制成各种形状的零件、部件。

钛和钛合金塑性加工具有变形抗力大；常温塑性差、屈服极限和强度极限比值高、回弹大、对缺口敏感、变形过程易与模具粘结、加热时又易吸咐有害气体等特点，塑性加工较钢、铜困难。 故钛和钛合金的加工工艺必须考虑它们的这些特点。 钛采用塑性加工，加土尺寸不受限制，又能够大批量生产，但成材率低，加工过程中产生大量废屑残料。钛材生产的原则流程如图1—1。 针对钛塑性加工的上述缺点，近年来发展了钛的粉末冶金工艺。钛的粉末冶金流程与普通粉末冶金相同，只是烧结必须要在真空下进行。它适用乎生产大批量、小尺寸的零件，特别适用于生产复杂的零部件。这种方法几乎无须再经过加工处理，成材率高，既可充分利用钛废料作原料，又可以降低生产成本，但不能生产大尺寸的钛件。钛的粉末冶金工艺流程为:钛粉(或钛合金粉)->筛分->混合->压制成形->烧结->辅助加工->钛制品。

workbench与其他软件联合疲劳寿命分析

联合 ANSYS WORKBENCH和DESIGNLIFE进行疲劳分析 分类： CAE 疲劳分析 ansys 疲劳失效是机械零部件失效的主要形式。如何对这些结构进行有效的疲劳分析，引起了很多产品设计工程师的关注。对于一般零部件的疲劳分析，并没有理论公式可以解决，几乎都是依据有限元技术以及疲劳分析技术。因此联合有限元分析软件和疲劳分析软件，对这些零部件进行疲劳分析，是解决这类问题的有效途径。 ANSYS WORKBENH是世界上著名的以多物理场分析为特色的有限元分析软件，而DESIGNLIFE是NCODE公司的功能强大的疲劳分析软件。本文以材料力学中中一根变截面轴的弯扭组合的疲劳分析为例，说明如何联合这两款软件对之进行疲劳分析。 问题描述如下： 一根变截面轴，左边轴段（蓝色部分）固定，而在最右边轴段上（红色部分）施加一个1N 的集中力（它导致弯曲变形）和一个1000Nmm的集中力偶（它导致扭转变形）， 对于这两种载荷的时间历程，使用力传感器进行测定94秒，得到如下图所示的时间历程曲线。 上图中的红色曲线图反应了集中力随时间的变化规律，横坐标是时间，单位是秒，这里测试了94秒。而纵坐标是载荷的大小。从图中可以看出，最大的载荷是18KN左右，而且也可

以看到，载荷的变化很不规则，并非理想的循环方式。而蓝色曲线反应的是集中力偶随时间变化的规律，其幅值在-2717到2834之间改变。 该轴的材料已经给定，是碳钢SAE1045_390_QT. 现在要求对该轴进行疲劳分析。 使用WORKBENCH和DESIGNLIFE对之进行疲劳分析，分为两步。第一步是在WORKBENCH中建立有限元模型，并分别施加集中力和集中力偶，通过计算，得到两种情况的米塞斯应力，这相当于两种工况，这样可以得到ANSYS WORKBENCH的结构分析结果文件*.rst.第二步在DESIGNLIFE中进行，首先根据疲劳分析的五框图，构造疲劳分析流程，然后分别设定各个框图的属性，即有限元结果文件，载荷文件，材料文件，疲劳分析选项，然后启动分析，通过后处理以查看轴上各点的疲劳寿命。 1. WORKBENCH中建立有限元模型并进行分析。 （1）使用designmodeler创建几何模型。 （2）设置材料属性。 （3）划分网格。 （4）设置分析选项。 这里设置两个载荷步，其目的只是分开弯曲和扭转这两种工况。

虚拟天文馆操作手册

最佳答案 移动和选取前后翻页放大缩小 移动和选取CTRL+上下箭头放大缩小 移动和选取鼠标滚轮放大缩小 移动和选取鼠标左键选择天体 移动和选取鼠标右键取消天体选择 移动和选取反斜杠(\) 自动缩小 移动和选取正斜杠(/) 自动放大到所选物体 移动和选取空格键将所选物体置于屏幕中心 显示回车键切换赤道仪和经纬仪 显示F1 全屏显示模式开关 显示c 星座连线显示开关 显示b 星座界线显示开关 显示v 星座名称显示开关 显示r 星座艺术图像显示开关 显示d 星名显示开关 显示n 星云名称显示开关：不显示/显示简称/显示全称 显示e 天球赤道坐标网格显示开关 显示z 循环显示：地平线/地平坐标网格/都不显示 显示p 循环显示：无行星标签/有行星标签/行星标签和轨道 显示g 地面显示开关 显示a 大气显示开关 显示f 地平雾气显示开关 显示q 方向基点（东、西、南、北）显示开关 显示o 切换月面显示比例（4倍/1倍） 显示t 天体追踪开关（移动天幕，始终将选中的天体显示在屏幕中央）显示s 恒星显示开关 显示4 或者,(逗号) 循环显示：黄道/黄道和行星轨道/不显示 显示5 或者 .(句号) 天球赤道显示开关 窗口及其他控制CTRL+s 截取屏幕图像写入stellarium*.bmp文件 窗口及其他控制CTRL+r 显示/关闭脚本记录器 窗口及其他控制CTRL+f 显示/关闭搜索窗口 窗口及其他控制h 显示/关闭帮助窗口 窗口及其他控制i 显示/关闭信息窗口 窗口及其他控制数字1 显示/关闭设置窗口 窗口及其他控制m 显示/关闭文字菜单 窗口及其他控制ESC 关闭打开的窗口（帮助、信息、设置等窗口） 时间和日期6 暂停时间流动（在脚本运行时为暂停脚本执行） 时间和日期7 设置时间流动速度为0（时间停止） 时间和日期8 将时间设为当前时间 时间和日期j 减慢时间流动（在脚本运行时为降低脚本速度） 时间和日期k 设置时间流动速度为正常 时间和日期l 加速时间流动（在脚本运行时为加快脚本速度） 时间和日期- 时间后退24小时

abaqus与fatigue结合疲劳分析

a b a q u s与f a t i g u e结 合疲劳分析 公司标准化编码 [QQX96QT-XQQB89Q8-NQQJ6Q8-MQM9N]

Fatigue 分析实例 为如图1所示的中心孔板，材料为LY12-CZ ，板宽50mm,孔直径为8mm ，板厚1mm 。LY12-CZ 铝板弹性模量GPa E 68=，强度极限MPa b 482=σ。在板的两边施加1MPa 的均布拉应力。 图1 中心孔板结构示意图 1、应力计算结果与分析 对上述模型进行有限元计算，结果应力云图如图2所示。

图2 应力云图 2、*.Fil文件说明 *.fil文件是ABAQUS的一种二进制输出文件，供其他软件（如Patran）后处理使用，如生成X-Y曲线，制作二维表格等，可以输出的项目包括：单元、节点、接触面、能量、模态、梁截面等的输出信息，输出的方法是在INP文件中增加输出指令， 生成*.fil文件的步骤如下 对ABAQUS/Standard，可以直接输出.fil文件，步骤如下： 在inp文件中，step步骤之后， end step步骤之前，加上以下内容：

*NODE FILE RF,U,V **输出节点的作用力(RF)，位移(U,V)到*.fil中 *EL FILE S,E **输出单元应力(S)，应变(E)到*.fil中 在abaqus的job界面重新运行inp文件，即可得到对应的fil文件3、疲劳寿命估算 疲劳寿命估算需用到软件中的模块。如图3所示，位于的Tools菜单下，点击Main Interface即可进入模块主界面。 图3 在中进入界面

钛合金切削加工知识

首页>行业信息>行业信息> 合金磨削刀具-钛合金的切削加工 摘要：文件地点传真-上海500kV世博输变电工程设备采购招标混凝土机械设备-我国混凝土泵车的研发趋势器材行业企业-2008年是纺织机械发展预测除尘器粉尘气体-现代锅炉除尘设备简介控制器技术空调-我国将制定变频控制器标准终结市场混乱新产品功能水平-中联环卫机械公司五款新产品通过验收波兰装配 厂徐州-扩大欧洲市场份额徐工波兰装配厂落成叉车鸟巢开幕式-龙工叉车为奥运鸟巢极速“变装”出力(图)刀具加工刀片-Kennametal公司推出KB9640新刀具工程机械企业-工程机械租赁业发展前景广阔1．钛合金可分为哪几类?钛是同素异构体，熔点为1720℃，在低于882℃时呈密排六方晶格结构，称为α钛；在882℃以上呈体心立方品格结构，称为β钛。利用钛的上述两种结构的不同特点，添加适当的合金元素，使其相变温度及相分含量逐渐改变而得到不同组织的钛合金。室温下，合金,磨削,刀具,丝锥,切屑,砂轮,磨损,铰刀,硬质合金,温度, 1．钛合金可分为哪几类? 钛是同素异构体，熔点为1720℃，在低于882℃时呈密排六方晶格结构，称为α钛；在882℃以上呈体心立方品格结构，称为β钛。利用钛的上述两种结构的不同特点，添加适当的合金元素，使其相变温度及相分含量逐渐改变而得到不同组织的钛合金。室温下，钛合金有三种基体组织，钛合金也就分为以下三类： (1) α钛合金：它是α相固溶体组成的单相合金，不论是在一般温度下还是在较高的实际应用温度下，均是α相，组织稳定，耐磨性高于纯钛，抗氧化能力强。在500℃～600℃的温度下，仍保持其强度和抗蠕变性能，但不能进行热处理强化，室温强度不高。 (2) β钛合金：它是β相固溶体组成的单相合金，未热处理即具有较高的强度，淬火、时效后合金得到进一步强化，室温强度可达1372～1666 MPa；但热稳定性较差，不宜在高温下使用。 (3) α+β钛合金：它是双相合金，具有良好的综合性能，组织稳定性好，有良好的韧性、塑性和高温变形性能，能较好地进行热压力加工，能进行淬火、时效使合金强化。热处理后的强度约比退火状态提高50％～100％；高温强度高，可在400℃～500℃的温度下长期工作，其热稳定性次于α钛合金。 三种钛合金中最常用的是α钛合金和α+β钛合金；α钛合金的切削加工性最好，α+p钛合金次之，β钛合金最差。α钛合金代号为TA，β钛合金代号为TB，α+β钛合金代号为TC。 2．钛合金有哪些性能和用途？ 钛是一种新型金属，钛的性能与所含碳、氮、氢、氧等杂质含量有关，最纯的碘化钛杂质含量不超过％，但其强度低、塑性高。％工业纯钛的性能为：密度ρ=cm3，熔点为1800℃，导热系数λ=，抗拉强度 σb=539MPa，伸长率δ=25％，断面收缩率ψ=25％，弹性模量E=×105MPa，硬度HB195。 (1)比强度高：钛合金的密度一般在cm3左右，仅为钢的60％，纯钛的强度接近普通钢的强度，一些高强度钛合金超过了许多合金结构钢的强度。因此钛合金的比强度(强度/密度)远大于其他金属结构材料，见表7-1，可制出单位强度高、刚性好、质轻的零、部件。目前飞机的发动机构件、骨架、蒙皮、紧固件及起落架等都使用钛合金。 (2)热强度高：对于α钛合金，在350℃时TA6的巩达422MPa、TA7的σb达491MPa，在500℃时TA8的σb达687MPa；对于α+β钛合金，在400℃时TC4的σb达618MPa、TC10的σb达834 MPa，在450℃时TC6和TC7的σb均达589MPa、TC8的σb达706MPa，在500℃时TC9的σb达785MPa。这两类钛合金在150℃～500℃范围内仍有很高的比强度，而铝合金在150℃时比强度明显下降。钛合金的工作温度可达500℃，铝合金则在200℃以下。

简析中国钛合金产业链及主要企业

中国钛合金产业链及主要企业分析 钛是一种常见金属，在地壳中的含量排在第九位，是铜的61倍。其中，钛及钛合金具有密度小、比强度高等特性，在减轻结构重量、提高结构效率、改善结构可靠性、提高机体寿命、满足高温及腐蚀环境等方面具有其他金属不可替代的作用，广泛用于材料化工、水利电力、航空航天、冶金钢铁等多个领域。钛产业因其优异的特性，成为《中国制造2025》和新材料产业发展指南中的重点。 钛合金产业链 我国是世界钛资源储量大国，已经初步建立了完整的钛产业体系。根据统计涉及显示，我国的钛材年产量约5万吨，总销量约为万吨，其中内销万吨。在我国，钛加工材主要被用于化工领域，其次为航空航天、电力等。近年来，我国的钛加工产业随下游需求高端化呈现结构升级，以航空航天为代表的高端钛材应用占比逐年提升。 钛合金的应用 钛正式成为工业性金属始于20世纪50年代，以1948年美国杜邦公叶成吨生产海绵钛（钛合金前级产品）为标准，其应用首先自军工和航空工业开始，后期逐步延伸至石油化工、能源工业等其他领域。 数据来源：中商产业研究院整理 钛合金相关企业 我国钛加工产业整体呈现低端产能过剩、高端产能不足的局面。在我国的“钛谷”宝鸡，存在着大小共计400家钛合金材加工厂商，其中，宝钛股份、西部材料和西部超导三家公司合计钛材加工年产能接近4万吨，足够支撑未来国内高端钛材市场需求。 三家公司钛材产品产能情况 数据来源：中商产业研究院整理 1、宝钛股份 是我国钛行业的龙头企业，目前钛材产能全国第一，也是目前国内唯一具有铸-锻-钛材加工完整产业链的龙头企业。公司产品广泛涵盖钛板材、管材、棒材、丝材，客户广布航空、航天、船舶、化工等多个领域。 2、西部材料 是我国规模较大、品种齐全的稀有金属材料深加工生产基地。目前形成了以钛产业(含钛及钛合金加工、层状金属复合材料、稀有金属装备及管道管件制造等)为主业，

[硕士论文] 虚拟天文台数据访问服务(VO-DAS)之任务调度研究及VO-DAS的应用

分类号密级 UDC编号 华中师范大学 硕士学位论文 虚拟天文台数据访问服务(VO-DAS)之任务调度研究 及VO-DAS的应用 田海俊 指导教师郑小平教授、赵永恒研究员、崔辰州副研究员 华中师范大学物理科学与技术学院申请学位级别硕士学科专业名称理论物理 论文提交日期2007年6月论文答辩日期2007年6月 培养单位物理科学与技术学院 学位授予单位华中师范大学 答辩委员会主席

Job Scheduling Research in Virtual Observatory Data Access Service(VO-DAS) and VO-DAS Application Hai-Jun Tian Supervisor: Prof.Xiao-Ping Zheng&Prof.Yong-Heng Zhao&Dr.Chen-Zhou Cui HuaZhong Normal University May,2007 Submitted in total ful?lment of the requirements for the degree of Master in Theory of Physics

摘要 天文观测数据资源具有时间跨度大、数据量大、存储管理分散、管理工具驳杂等特点。如何提供给天文学家一个统一访问这些分布存放的异构数据资源的方案，是虚拟天文台的一个重要研究课题。 计算机与互联网技术的飞速发展，网格技术、XML技术、语义网技术等全新IT技术的涌现，以及在此技术背景下，国际虚拟天文台联盟(IVOA)依据天文自身的特点不断提出并完善的各种规范标准，使得海量、分布式、多波段天文数据的无缝融合和处理成为可能。 对于异地异构数据的统一访问，我们基于开放网格服务架构（OGSA）提出了一种网格的解决方案：使用OGSA-DAI技术实现了对异地异构的天文星表数据、图像数据和光谱数据的统一封装（DataNode）；利用ADQL语言完成对任务的统一描述；基于WSRF框架完善了对数据资源、计算资源以及存储资源的任务调度。我们设计的虚拟天文台数据访问服务（VO-DAS）实现了对数据资源、计算资源、存储资源的自动发现以及异地异构数据的联合访问并对访问结果进行数据分析的一体化工作模式，这将使天文数据源的多波段交叉证认、海量数据分析及对分析结果的可视化等成为可能。VO-DAS支持国际虚拟天文台联盟（IVOA）的各项相关标准，使得它具有良好的互操作性，它的对外接口简单实用、可以针对不同需求的天文数据用户发展出多种网格应用产品。 论文以VO-DAS的任务调度及其实现为重点，分别对VO-DAS的设计模式、Session 机制、生命周期、资源销毁、异常处理等模块进行了详细的阐述，并从多个角度分别给出了系统的设计图。为了验证以OGSA-DAI为基础的天文数据访问的可行性和性能，我们采用两个科学范例对VO-DAS原型进行了实验。 论文最后以VO-DAS对China-VO Ephemeris WS计算平台的扩展为例，介绍了VO-DAS外部接口的扩展方法,以及VO-DAS在星历计算方面的应用，并简要阐述了VO-DAS在其他方面的科学应用。 关键词：虚拟天文台，数据访问，网格技术，OGSA-DAI

疲劳分析计算的流程

疲劳分析，从零开始 1 测量应变、应力谱图 （1）衡量应力集中的区域，布置应变片 可以通过模拟（有限元）或试验（原型上涂上一层油漆，待油漆干后施加载荷，油漆剥落的地方应力集中），确定应力集中的区域，然后按左下图在应力集中区域布置三个应变片： 因为材料是各向同性，所以x,y方向并不一定是水平和竖直方向，但两者一定要垂直，中间一个一定要和x,y方向成45°角。 （2）根据测的应变和材料性能，计算应力 测得的三个应变，分别记为εx, εy, εxy。两个主应力（假设只有弹性变形）： 其中，E为材料的弹性模量，μ为泊松比。根据这两个主应力，可以计算出有些方法可能需要的等效应力（主要目的是将多分量的应力状态转化为一个数值，以方便应用材料的疲劳数据），如米塞斯等效应力：

()()222122121σσσσσ++-=m 或最大剪应力： ()2121 σσστ-= 实际测量的是应变-时间谱图，应力（或等效应力）-时间谱图可由上述公式计算。 （３）分解谱图 就是对上面测得的应力（应变）－时间谱图进行分解统计，计算出不同应力（包括幅度和平均值）循环下的次数，以便计算累积的损伤。最常用的是雨流法（rainflow counting method ）。 2 获取材料数据 如果载荷频率不高，可以做一组简单的疲劳测试（正弦应力，拉压或弯曲均可，有国家标准）： 得到一条应力-寿命（即循环次数）曲线，即所谓的S-N 曲线：

1：如果载荷频率较高或温度变化较大，还要测量不同平均应力和不同温度下的S-N 载荷，以便进行插值计算，因为此时平均应力对寿命有影响。也可以根据不同的经验公式（如Ｇｏｏｄｍａｎ准则，Ｇｅｒｂｅｒ准则等），以及其他材料性能（如拉伸强度，破坏强度等），由普通的Ｓ－Ｎ曲线（即平均应力为０）来计算平均应力不为零时对应的疲劳寿命。 2：如果材料数据极为有限，或者公司很穷很懒不愿做疲劳试验，也可以由材料的强度估算疲劳性能。 3：:如果出现塑性应变，累计损伤一般基于应变－寿命曲线（即Ｅ－Ｎ曲线），所以需要施加应变载荷。 3 损伤计算 到目前为止，疲劳分析基本上是基于经验公式，还没有完全统一的理论。损伤 累积的计算方法有很多种，最常用的是线性累计损伤（即Ｍiner 准则）， 但其结果不保守，计算得到的寿命偏高。 ∑∑≥=0.1,f i i i N n D 准确度比较高的累计准则是双线性准则，并且计算比“破坏曲线法”要容易，所以，是一个很好的折衷选择。

结构疲劳分析技术新进展

媒体文章 结构疲劳分析技术新进展 安世亚太 雷先华 众所周知，疲劳累积损伤是导致航空产品结构失效的主要原因之一，而结构失效往往给航空器带来灾难性后果，因而在现代航空产品设计中通常要求进行较为准确的结构疲劳寿命预测。由于疲劳的形式和影响结构疲劳的因素都非常繁多，因而并没有一套放之四海而皆准的疲劳寿命预测算法，多数算法都只能在某些特定情况下才能获得满足工程精度要求的预测结果。现代疲劳分析软件通常需要在通用疲劳算法的丰富性和先进性（核心）、有限元应力应变计算的准确性和精确性（基础）、以及针对特殊疲劳问题进行处理的方法多样性和完整性（全面）等方面进行持续不断的改进方能较好地满足工程设计的要求。下面我们以安世亚太高级疲劳分析软件Fe-safe为例，简要阐述其在这些方面的新进展。 1．基于临界平面法的精确多轴疲劳算法 航空器上的零部件通常都是在多轴疲劳载荷作用下工作，此时，材料的循环应力应变关系由于受到加载路径的影响而变得相当复杂。目前，多轴疲劳破坏的准则主要有三大类：应力准则、应变准则和能量准则。众多分析及试验对比证明，组合最大剪应变和法向应变的Brown-Miller准则和Wang-Brown准则对于韧性材料具有最好的计算精度，而主应变准则则适合于脆性材料。 对于航空结构中常见的、而且是最复杂的多轴非比例加载情况，由于载荷间的相位关系在不断变化，结构中每个位置点处的主应力/应变、最大剪应力/应变等参数的方向（所在平面）都是随加载历程而不断变化的，也就是说损伤累积在每个位置处都有方向性。对于很多软件所采用的Wang-Brown准则，它无法直接考虑这种方向变化性，只是利用了一个附加的材料参数来考虑法向应变对裂纹萌生的影响。 Fe-safe独特地提供了“临界平面”算法来配合Brown-Miller准则、主应变准则等，以获得最好的计算精度。临界平面法的核心思想是：将每个位置处的应变分解到按某种规律变化的一系列平面上，计算每个平面上的损伤，以这些平面中的最小寿命作为该位置的寿命。 2．独特的焊接结构疲劳算法 焊接连接是航空器上非常常见的结构连接方式，在航空结构设计中具有非常重要的地位，但焊接部位同时也是最容易产生疲劳裂纹问题的位置。现有疲劳分析软件几乎无一例外都是按照“焊接分类”（如英国BS7608标准）的方法来进行焊接结构疲劳分析的，该方法在大量工程实例的基础上根据预期的疲劳裂纹位置而将焊接结构分为数个类型（B、C、D、E、F、F2、G、W等），每个类型对应一条相互平行的S-N曲线用于疲劳评估。因此，在焊接结构疲劳分析中存在两个主要问题极大地影响了其工程应用：一是焊接分类的标准难以把握（事实上焊接类型是无穷多的）；二是由于焊接位置通常都是应力集中位置，难以精确计算应力分布。

我国钛及钛合金板材未来发展趋势

我国钛及钛合金板材未来发展趋势 智研数据研究中心网讯： 内容提要：随着我国石油、化工等行业对设备的要求越来越高，以及制造业整体水平的快速提升，加之国内需求拉动与国际产业转移的“双重动力”带动下，我国钛材制造业从中长期市场上看，将继续保持快速稳定增长的良好势头。钛板带材作为钛材的重要支柱，产量将会进一步扩大。生产企业要紧抓这一机遇，并逐渐向新产品新业务转移，获得更大的发展空间。 内容选自智研数据研究中心发布的《2012-2016年中国钛行业运营态势及投资前景分析报告》 近年来，我国钛材的需求量迅速增加，已成为继美国和欧洲之后的第三大钛产品消费国。另据相关统计数据分析目前整个钛及钛合金板带材市场应用情况，最大用户是石油化工领域，约占钛板带材消耗总量的60%，其他依次为航空航天领域，约占15%，体育用品行业占6%，海水淡化、核电领域占5%，舰船及海洋工程装备领域占5%，其它领域约占9%。 2007 年我国钛加工材产量为23 640 t，其中钛板材产量为10 552 t，占44. 6%;2008 年我国钛加工材产量为27 737 t，其中钛板材产量为14 707 t，占53%，比上年产量上升了39. 4%;2009 年我国钛加工材产量为24 965 t，其中板材产量为12 067 t; 保守估计2010 年我国钛加工材生产量将达到30 000 t，其中板材产量为16 000 t，板材产量的增长率远高于整个钛加工材的产量增长率。今后，国内各应用领域对钛材需求仍将持续快速增加，继续保持两位数增长态势。 我国的大飞机计划、嫦娥登月计划、太空站计划、核电发展计划以及国家“十二五”发展规划对新型能源开发、高端装备制造业扶持与鼓励，这些为钛板带材提供了前所未有的发展空间和历史契机，同时又对钛板带材提出了更高的要求。 具体表现在: ①在品种方面，对钛带及焊管用薄钛板带需求增大; ②在规格方面，对于宽幅厚钛板( 宽2 000 ～2 500 mm，厚4 ～10 mm) 、宽幅薄钛板( 宽 1 000 ～1 500 mm，厚0. 4 ～3. 5 mm) 及10 ～70 mm 厚的宽幅( 2 400 mm 以上) 厚钛板材的需求日趋增长，而目前我国大部分的钛板生产企业，其装备能力无法满足这些超大、超厚规格的要求，因此未来的两年内，宽幅、超厚钛板材的市场前景良好; ③在化学成分方面，要求均匀化，且铁、氧等杂质含量控制范围窄幅化; ④表面光洁，组织细小均匀，力学性能优异，可满足航空航天、石油化工和核电等行业的苛刻要求。

巧用虚拟天文馆软件Stellarium演示太阳周日视运动轨迹_贺志康

福建师范大学地理科学学院（350007）　贺志康 巧用虚拟天文馆软件Stellarium 演示太阳周日视运动轨迹 在高中地理必修1[1]《地球的运动》这一节中，昼夜交替与正午太阳高度角的变化两部分内容都涉及到一个知识点即太阳的周日运动。2012年安徽高考文综选择题第30题的正确解答就需要先确定太阳的方位，相类似的题目也比较常见，但鉴于平时疏于观察与空间思维能力有限等原因，大部分学生对这个知识点感觉很困难，难以理解与掌握。可以说，太阳周日视运动既是重点，也是难点。通过虚拟天文馆软件Stellarium 模拟太阳周日视运动，演示其运动轨迹，形象而又生动，有助于学生从感性认识向理性认识的转变，利于学生对太阳周日视运动的理解。 一、虚拟天文馆软件简介 虚拟天文馆软件Stellarium 是一款免费的虚拟星象仪的计算机软件。它使用OpenGL 对星空进行实时渲染，在电脑桌面上生成一块虚拟3D 天空，所模拟的星空效果与用肉眼，望远镜或者天文望远镜进行实际观察所看到的星空基本没有什么区别，形象逼真。它可以根据观测者所在的地方时和位置，计算天空中太阳、月球、行星和恒星的位置，并将其显示出来。它还可以绘制星座、虚拟天文现象（如日食、月食和流星雨等)。总之，Stellarium 是一款功能极其强大的软件，深受广大天文爱好者的喜欢，对地理教师的教学也很有用。 二、部分操作按键 Stellarium 提供了较多的键盘操作指令，版本更新很快。现在以Stellarium 0.12.1为例，将部分可能与演示操作有关的按键列出（如表1），剩余部分的操作指令，读者如有兴趣，打开软件后，按F1键进一步了解。 表1 操作按键说明 按键说明鼠标滚轮放大缩小 鼠标左键选择天体或移动画面鼠标右键取消天体选择 F1说明F2设定F5日期及时间F6所在地点Z 地平坐标网格 Q 基点 J 减缓时间流逝K 正常时间速度8调至当前时刻L 加快时间流逝 Ctrl+Q 退出 三、演示过程 下载安装完Stellarium 后，打开软件，此时如果显示为英文，则按F2键，出现一个界面，点击中间的下拉菜单进行语言设置，将语言设置为简体中文。软件初始设置地点为法国巴黎，时间是与电脑时间同步。 以北京为例，来演示当地2013年6月1日的太阳周日视运动轨迹。按F6键，则会出现一个界面，在这个界面的右上角的下拉菜单中寻找“北京”，或者先通过其他途径找到北京的经纬度，再在该界面的左下角输入北京的经纬度数值。北京的经纬度为东经116.46°，北纬39.92°。然后按住左键，拉动画面，找到“东”方向。若找不到，按Q 键。同时按Z 键，此时画面会显示地平坐标网络。接着找到太阳，单击鼠标左键，将太阳选中，此时画面左上角会出现与太阳相关的天文参数，如太阳的星等、赤经与赤纬、时角与赤纬等，特别 摘要：介绍了虚拟天文馆软件Stellarium，列举了软件的主要操作按键，介绍了用软件演示太阳周日视运动的操作过程。 关键词：虚拟天文馆软件；Stellarium；太阳周日视运动