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内容大纲
自升式平台是海洋资源开发的重要装备，桩腿是其升降系统的核心机构。本书针对桩腿材料E690高强钢的磨损、疲劳、胶合等多元损伤行为，聚焦激光冲击诱导E690高强钢动态响应、微观结构与应力调控多尺度演变机制，介绍了E690高强钢激光表面改性、减摩延寿及增材修复的基础研究。本书着重阐述了涵盖E690高强钢失效行为与机理，激光冲击波诱导E690高强钢动态响应与残余应力形成机制，微观组织结构与残余应力分布的相关性，激光冲击微观结构表征及基于位错组态的晶粒细化机制，激光冲击微造型减摩延寿和LCR/LSP复合修复机理的新理论、新方法及新技术。本书所述的研究内容及成果有利于激光表面改性、减摩延寿及增材修复的基础研究成果尽快走向应用，有助于拓展高能束复合制造与再制造的新方法和工艺。
本书可供从事激光加工、表面工程、高技术船舶与海洋工程装备制造的科技人员、工程技术人员参考，也可作为机械工程、材料加工工程学科研究生和高年级本科生等的学习用书。 -
作者介绍
曹宇鹏，副教授、高级工程师(船舶与海洋工程专业）、硕士生导师。中国机械工业船舶海工用特种泵及绿色修造技术重点实验室副主任、中国石油和化工行业泵及系统节能技术重点实验室副主任、江苏省特种泵及系统工程研究中心副主任、国家自然科学基金委员会工程与材料科学部通讯评议专家、江苏省工程热物理学会理事、江苏省机械工程学会特种加工分会理事。入选2018年江苏省双创人才，南通市226高层次人才、江海英才，2020年获江苏省工程热物理学会优秀青年科技工作者。 主持和主要参与完成省部级以上科研项目10余项，正在主持和主持完成国家自然科学基金、工信部高技术船舶科研计划项目子课题、中国博士后基金等课题10余项。以第一作者或通讯作者在国内外知名期刊发表论文40余篇，其中SCI/EI检索20余篇；获授权发明专利10余件；获教育部科技进步奖、江苏省科学技术奖、中国机械工业科技进步奖、中国石油和化学工业科技进步奖等奖项12项，其中一等奖2项，二等奖10项；Journal of Applied Physics、Optics and Laser Technology、Ceramics International、《物理学报》等SCI期刊审稿人。 -
目录
前言
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 E690高强钢研究与应用概述
1.3 金属材料腐蚀疲劳裂纹扩展机理分析
1.3.1 腐蚀疲劳裂纹扩展中的能量分析
1.3.2 基于能量守恒的金属材料腐蚀疲劳裂纹扩展速率模型
1.4 激光冲击调控表面残余应力相关研究与进展
1.4.1 激光冲击强化技术研究概况
1.4.2 激光冲击波传播机制与材料动态响应
1.4.3 激光冲击与表面残余应力分布
1.5 激光冲击材料表面微结构响应研究进展
1.5.1 马氏体相变与晶粒细化机理
1.5.2 极端塑性变形与晶粒细化机理
1.5.3 激光冲击强化不同材料微结构研究概况
1.6 激光冲击微造型对材料摩擦学性能影响的研究现状
1.7 本章小结
参考文献
第2章 E690高强钢腐蚀疲劳裂纹扩展试验及腐蚀疲劳损伤建模
2.1 引言
2.2 E690高强钢腐蚀疲劳裂纹扩展试验
2.2.1 E690高强钢腐蚀疲劳裂纹扩展试验材料
2.2.2 E690高强钢腐蚀疲劳裂纹扩展试样制备
2.2.3 E690高强钢腐蚀疲劳裂纹扩展试验
2.3 E690高强钢腐蚀疲劳裂纹扩展试验结果分析
2.3.1 试验数据分析方法
2.3.2 不同环境下E690高强钢裂纹扩展的试验结果
2.3.3 空气与盐水中裂纹扩展试验断口分析
2.3.4 不同应力比下E690高强钢腐蚀疲劳裂纹扩展的试验结果
2.3.5 E690高强钢腐蚀疲劳裂纹扩展速率计算与分析
2.4 E690高强钢腐蚀疲劳裂纹扩展速率建模研究
2.5 E690高强钢断裂韧度测试
2.5.1 E690高强钢断裂韧度测试方法
2.5.2 E690高强钢断裂韧度测试结果
2.6 E690高强钢理论模型与拟合模型的对比分析
2.6.1 E690高强钢理论模型计算结果与试验结果对比
2.6.2 E690高强钢裂纹扩展速率理论模型与拟合模型对比
2.7 E690高强钢S-N曲线测试
2.7.1 试验概况
2.7.2 E690高强钢S-N曲线测试试样
2.7.3 E690高强钢S-N曲线测试条件及过程
2.8 E690高强钢损伤分析
2.8.1 E690高强钢S-N曲线测试结果
2.8.2 E690高强钢腐蚀损伤演化实例
2.8.3 E690高强钢S-N曲线与裂纹扩展速率曲线转换
2.9 本章小结
参考文献
第3章 激光冲击诱导E690高强钢薄板表面动态应变特性研究
3.1 引言
3.2 激光冲击波加载金属薄板表面动态响应
3.2.1 表面动态应变测试的边界条件
3.2.2 表面动态应变测试原理
3.2.3 激光冲击波加载金属薄板表面动态应变模型
3.2.4 表面动态应变测试方法与试验参数
3.3 激光冲击高应变率下E690高强钢表面动态应变模型及边界条件验证
3.4 激光冲击高应变率下E690高强钢表面动态应变模型
3.5 本章小结
参考文献
第4章 激光冲击波传播机制与E690高强钢表面完整性研究
4.1 引言
4.2 激光冲击波特性测试原理、方法与装置
4.2.1 激光冲击波特性测试原理
4.2.2 激光冲击波特性测试方法与装置
4.3 表面完整性试验与测试
4.3.1 试样制备及试验设备
4.3.2 激光冲击试验参数
4.3.3 表面完整性测试
4.4 数值建模
4.4.1 建立几何模型
4.4.2 材料的本构模型
4.4.3 冲击压力设置
4.5 激光单点冲击应力波传播仿真模型试验验证
4.6 激光冲击E690高强钢残余应力形成机制
4.6.1 E690高强钢残余应力双轴分布特性分析
4.6.2 E690高强钢“残余应力洞”分布特性分析
4.7 激光冲击E690高强钢表面完整性分析
4.7.1 冲击前后E690高强钢表面三维形貌与二维轮廓变化
4.7.2 冲击前后E690高强钢表层残余应力变化
4.7.3 冲击前后E690高强钢表层显微硬度变化
4.8 本章小结
参考文献
第5章 激光冲击E690高强钢薄板表面残余应力洞形成机制及影响因素权重分析
5.1 引言
5.2 数值模拟
5.2.1 有限元模型
5.2.2 材料的本构模型
5.2.3 冲击波压力模型
5.3 试验方案设计
5.4 结果分析与讨论
5.4.1 不同激光功率密度冲击后表面残余应力分布
5.4.2 表面Rayleigh传播与模型验证
5.4.3 冲击波传播与残余应力洞的形成机制
5.4.4 E690高强钢冲击波传播模型的建立
5.4.5 表面稀疏波汇聚和纵向冲击波反射对残余应力洞影响权重
5.5 本章小结
参考文献
第6章 激光冲击E690高强钢表面微结构响应与X射线衍射图谱的相关性研究
6.1 引言
6.2 试验准备
6.2.1 激光冲击试样制备
6.2.2 激光冲击试验装置及参数
6.2.3 激光冲击区域透射电镜观测试样制备及装置
6.2.4 能谱点测试样制备及装置
6.2.5 XRD分析及装置
6.3 激光冲击E690高强钢表层微观组织演变
6.3.1 E690高强钢原始组织
6.3.2 激光冲击强化后E690高强钢表面的结构形貌
6.3.3 激光冲击强化后E690高强钢电子衍射花样标定
6.4 激光冲击E690高强钢表面成分分析
6.5 激光冲击微观结构演变与XRD衍射图谱相关性
6.5.1 微观结构与表面残余应力相关性
6.5.2 激光冲击强化E690高强钢的XRD分析
6.5.3 XRD图谱所得晶粒尺寸与TEM下晶粒尺寸的对比
6.5.4 E690高强钢的失稳分解过程
6.5.5 E690高强钢的形核—长大过程
6.6 激光冲击强化E690高强钢表面微结构响应模型
6.7 本章小结
参考文献
第7章 激光冲击诱导E690高强钢表面自纳米化中调幅分解的试验研究
7.1 引言
7.2 试验材料与方法
7.2.1 试验材料
7.2.2 试验过程
7.2.3 分析与检测
7.3 结果与分析
7.3.1 E690高强钢表面XRD衍射图谱分析
7.3.2 E690高强钢表面TEM显微分析
7.3.3 基于调幅分解的E690高强钢微观冲击响应模型与应力弛豫机制
7.4 本章小结
参考文献
第8章 激光冲击E690高强钢位错组态与晶粒细化的试验研究
8.1 引言
8.2 试验方案设计
8.2.1 试验材料及冲击试验
8.2.2 微观组织观测
8.3 试验结果与分析
8.3.1 激光冲击E690高强钢截面组织分析
8.3.2 激光冲击E690高强钢表层微结构分析
8.3.3 激光冲击E690高强钢内部位错组态研究
8.4 本章小结
参考文献
第9章 激光冲击对E690高强钢激光熔覆修复微观组织的影响
9.1 引言
9.2 试验材料与方法
9.2.1 试验材料
9.2.2 试验过程
9.2.3 分析与检测
9.3 试验结果分析与讨论
9.3.1 物相分析
9.3.2 显微组织分析
9.3.3 激光冲击E690高强钢熔覆层表层位错组态研究
9.3.4 表面残余应力
9.4 本章小结
参考文献
第10章 激光冲击对E690高强钢熔覆修复结合界面组织的影响
10.1 引言
10.2 试样材料与方法
10.2.1 试样制备
10.2.2 熔覆层制备与强化
10.2.3 分析与检测
10.3 E690高强钢基体及熔覆层的织构分析
10.4 激光冲击E690高强钢熔覆层截面微结构分析
10.4.1 激光冲击对熔覆层截面织构的影响
10.4.2 激光冲击E690高强钢熔覆截面晶粒尺寸变化与晶界取向角分析
10.5 激光冲击E690高强钢熔覆层界面微结构分析
10.5.1 激光冲击对E690熔覆界面织构的影响
10.5.2 激光冲击对熔覆层界面微观组织的影响
10.5.3 激光冲击E690高强钢熔覆层界面晶界取向角分析
10.6 激光冲击E690高强钢熔覆层界面响应模型
10.7 本章小结
参考文献
第11章 E690高强钢表面激光冲击微造型及其摩擦学性能的试验研究
11.1 引言
11.2 激光冲击微造型的模拟与试验方法
11.2.1 有限元模型的建立
11.2.2 激光冲击微造型试验
11.2.3 摩擦磨损试验
11.3 激光冲击微造型的成形规律及表面微观结构演变
11.3.1 激光冲击次数对微造型表面形貌的影响
11.3.2 激光冲击次数对残余应力和FWHM值的影响
11.3.3 微造型表面纳米化及调幅分解验证
11.4 微造型几何参数设计对摩擦学性能的影响
11.4.1 摩擦学性能分析方法
11.4.2 微造型密度对摩擦系数的影响
11.4.3 微造型深度对摩擦系数的影响
11.5 磨损表面与磨损机理分析
11.5.1 磨损表面分析
11.5.2 磨损机理分析
11.6 本章小结
参考文献
第12章 激光冲击微造型表面AlCrN涂层制备及减摩机理
12.1 引言
12.2 AlCrN涂层制备试验及测试方法
12.2.1 AlCrN涂层的制备方法
12.2.2 表面和截面微观形貌观察
12.2.3 X射线物相检测
12.2.4 显微硬度与残余应力检测
12.2.5 涂层工程结合强度检测
12.3 AlCrN涂层性能分析
12.3.1 表面宏观形貌
12.3.2 表面微观形貌与物相分析
12.3.3 显微硬度与残余应力
12.3.4 涂层与基体的结合强度
12.4 微造型-AlCrN涂层试样的摩擦磨损性能研究
12.4.1 不同密度微造型-AlCrN涂层的摩擦学性能
12.4.2 不同深度微造型-AlCrN涂层的摩擦学性能
12.5 微造型-AlCrN涂层试样的磨损表面观察及机理分析
12.5.1 磨损表面形貌分析
12.5.2 磨损表面的EDS能谱分析
12.5.3 微造型-AlCrN涂层的减摩润滑模型
12.6 本章小结
参考文献
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