三维智能金属结构（钛合金）超声波固结成型研究结题摘要

在本项目资助下，项目组集成了高频超声振动试验机和数字材料万能试验设备，完成了铝合金、钛合金超声激励力学性能实验的探索，并对所绘制的应力-应变曲线进行了分析，为钛合金超声波固结试验研究提供了一定的实践和理论基础。以现有的超声波发生器为雏形，设计完成了适合高硬度钛合金的超声波发生器，采用等离子喷涂方法，发生器表面获得了高硬度的陶瓷粉末涂层。开展了无电流辅助下钛合金超声波固结试验，对实验结果进行了对比分析，给出了最佳实验参数。对界面微观织构变化进行了分析，包括晶粒尺寸及形态、晶粒取向及取向差、晶界特征等的统计分析。结合钛合金超声激励压缩实验结果和基于超声固结热、声软化效应的计算分析模型为理论依据，建立了钛合金超声固结热-机耦合有限元模型。对通辅助高频交流电下的钛合金超声固结进行了相关实验，分析了电阻热软化效应对钛合金超声固结的影响机制。数值计算了电流辅助下钛合金超声固结的温度场变化、塑性流动和应力场变化情况。对FBG传感器进行了混合镀（化学镀和电镀）镍、铜实验（简称MFBG），研究了镀层对FBG传感器温度传感性能的影响。进行了MFBG传感器埋入到钛合金的超声固结实验，研究了镀层与基体的相容性和扩散机制。超声固结下成功埋入了MFBG传感器至钛合金基体中，并获得了良好的力学性能和温度传感性能。数值模拟了埋入后基体金属的塑形流动情况。设计完成了超声波固结设备和数控铣床的集成模式，实现了这两种设备的集成制造，为钛合金零件的修复提供了思路。 2100433B

超声波固结成型是一种全新的金属层层堆积快速制造技术，在美国和英国已经受到政府和国防部门高度重视，在相关高校已经进行系列研究，然而研究材料主要集中在铝合金上，对钛合金超声波固结成型机理及其三维智能结构的研究尚未见报道。钛合金由于具有密度小、比强度高、耐高温、抗腐蚀等优点，在航空航天等军事工业和汽车等民用工业领域应用日益广泛。本课题以钛合金为研究对象，研究其超声波固结机理，探讨钛合金材料在超声振动下的体积效应、表面效应和热效应。研究FBG光纤光栅传感器嵌入下的三维钛合金智能结构制造，研究FBG光纤与金属基体的相容性，包括FBG的传感性能、FBG嵌入对基体塑性流影响等。研究综合超声波焊接技术和高速铣削技术来快速制造三维钛合金智能金属结构技术，并应用该方法于钛合金重要零件的修复上。

《土质路基三维固结变形理论及其应用》较为系统、全面地阐述了土质路基三维固结理论及其应用，集中体现作者近年来关于土质路基三维固结变形的研究理论及其成果，同时结合工程实践，提出了解决实际工程中技术难题的方法、措施。全书共八章，内容包括绪论、土质路基三维固结的数值解法、统一强度理论在边坡稳定性分析中的应用、高路堤离心模型试验研究、土质路基固结变形预测模型研究、土质路基应力分区及其压实度标准研究、土质路基容许工后不均匀沉降指标研究、土质路基固结变形控制方法研究。

《土质路基三维固结变形理论及其应用》可供公路工程、铁道工程、建筑工程、水利工程和土木工程专业等科技人员以及高等院校相关专业师生、研究生参考。2100433B

按照前期固结压力与现有压力相对比的状况，可将土（主要为粘性土和粉土）分为正常固结土、超固结土（超压密土）和欠固结土三类。正常固结土层在历史上所经受的先期固结压力等于现有现有覆盖土重。在研究沉积土层的应力历史时，通常把土层历史上所经受过的先期固结压力p_c与现有覆盖土重p₁进行对比，两者的比值定义为超固结比（OCR）。正常固结土、超固结土和欠固结土的超固结比分别为OCR=1、OCR>1和OCR<1。

当考虑土的应力历史进行沉降计算时，应进行高压固结试验，确定先期固结压力、压缩指数等。确定先期固结压力最常用的方法是

卡萨格兰德经验作图法，步骤如下：

1从e-logp曲线上找出曲率半径最小的一点A，过A点作水平线A1和切线A2；

2作∠1A2的平分线A3，与e-logp曲线中直线段的延长线相交于B点；

3B点所对应的有效应力就是先期固结压力。