中文摘要：

振动时效工艺是一种高效、节能新技术，由于简谐外力对晶胞和晶体的作用规律不清楚，使得振动时效工艺的微观机理无系统完整的科学解释；工艺参数只能靠经验来确定；工艺效果评判标准粗糙，严重制约了其推广应用。本项目利用植物组织力学行为分析方法，建立反映位错的晶体力学模型，用数值模拟与试验结果相比较的方法修正模型；利用有限元软件的生死单元技术模拟位错滑移；利用有限元软件的热-结构分析模块与生死单元技术在模型中产生焊接残余应力；计算振动时效前后残余应力；测量板梁焊接试件振动时效实验前后残余应力，比较实验与模型计算结果验证模型。通过模型获得简谐外力作用下，晶体力学特性；力在晶胞间分布和传递规律；位错滑移规律；微观塑性变形规律；晶体内部残余应力消除和均化情况；揭示振动时效机理；建立振动时效过程中残余应力变化预测模型；得出振动时效工艺参数确定方法和工艺效果评判标准；为振动时效工艺推广应用提供理论指导与技术支持。

结论摘要：

振动时效工艺是一种高效、节能新技术，由于简谐外力对晶胞和晶体的作用规律不清楚，使得振动时效工艺的微观机理无系统完整的科学解释；工艺参数只能靠经验来确定；工艺效果评判标准粗糙，严重制约了其推广应用。本项目从两个方面进行了研究，即金属晶体力学模型建模方法和振动时效及残余应力研究。金属晶体力学模型建模方法研究。为了了解金属晶胞性质对振动时效的影响，对金属晶胞的力学及相关特性作了研究，探讨了金属晶粒的光力，光电和能量特性；并从宏观和微观角度，对金属材料的非线性特性、残余应力对矩形薄板力学性能影响进行了分析；以上研究，为构建金属晶体力学模型打下基础。在以上研究的基础上，利用植物组织力学行为分析方法，根据分子动力学建模思想和金属材料微观结构以及晶体学理论，提出了一种能够反映微观结构的晶体力学模型建模方法，建立了金属多晶体二维力学模型；根据金属物理理论和Lammps 软件，提出了另一种能够反映微观结构的晶体力学模型建模方法，建立了无缺陷和含有空洞点缺陷晶体三维力学模型；用数值模拟与振动时效前后残余应力测量结果以及与已有文献中给出的金属材料应力-应变实验曲线相比较的方法修正和验证模型。振动时效及残余应力研究。根据有限元焊接热理论，利用多晶体二维力学模型及有限元方法中的生死单元技术，以铝质焊接矩形薄板为研究对象，对焊接过程和焊接残余应力分布进行了模拟研究；同时研究了材料的变化以及材料弹性模量、热膨胀系数、比热容和热传导系数对残余应力影响；得出了焊接残余应力与材料弹性模量的关系；探讨了残余应力对焊接矩形薄板固有频率的影响；分析了残余应力对材料内部应力的影响。并且，利用多晶体二维力学模型和有限元方法中的谐响应分析技术对具有焊接残余应力的矩形薄板进行消除残余应力模拟仿真，研究了频率、激振力和激振点对消除和均化残余应力的影响，得出了残余应力消除方法的工艺参数；即振动频率，激振点确定方法，获得了一个动应力选取原则。利用无缺陷和含有空洞点缺陷晶体三维力学模型，得到了在外力作用下晶体内原子变形过程；研究了铝材料在拉伸/压缩下的变形力学行为；分析了材料变形机制和温度、应变率对多晶胞铝板力学性能的影响；探讨了铝材料在振动循环作用下的应力变化，研究了激振力和激振频率对材料的应力影响以及空洞的大小、空洞的间距与空洞的数量对铝材料的拉伸压缩力学性能的影响。本项目的研究为振动时效推广应用提供了理论指导