航空TC4异型材挤压残余应力理论分析及仿真研究

【类型】学位论文

【作者】刘长栋 

【关键词】 TC4钛合金 挤压 残余应力 仿真

【摘要】伴随着航空航天工业的迅速发展，钛合金在相关领域的应用也更加广泛。为满足相关飞行器等高机动性以及严酷使用环境的要求，对相关钛合金零件的生产制造水平和使用性能提出了更高的要求，既要控制其变形和保证其形位精度，还要有足够的强度和使用寿命。研究表明，在毛坯成型及机械加工的过程中，其内部产生的残余应力对许用应力和使用性能有着非常重要的影响。异型材挤压件不均匀的初始残余应力分布，使得构件在加工中的变形问题更加复杂，能严重影响构件的生产效率和产品精度。因此，对TC4异型材挤压件的残余应力理论分析和仿真分析具有重大的理论意义和工程应用价值。 本文探究了国内外的研究现状，借助弹塑性有限元理论研究热挤压的成形过程，进行了如下方面的研究工作： （1） 进行了TC4钛合金静态力学实验，获得了相关材料数据；分析了金属在高温下的流动应力、应变特性和对温度的敏感性，对高温金属材料的本构方程采用多元线性回归的方法进行数值拟合，借助数值拟合公式预测TC4钛合金在高温下的材料本构方程，为后续异型材挤压的有限元分析提供基础。 (2) 利用材料塑性成型模拟软件Simufact对T型、U型和L型钛合金异型材挤压成型工艺过程进行模拟，通过分析挤压过程中的毛坯温度、摩擦系数、挤压速度对残余应力以及挤压力的影响，得出不同工艺参数对于残余应力的影响规律，对挤压过程提出了相应的优化工艺参数，实现对挤压件残余应力场分布的控制。 (3) 利用正交试验法，以挤压力和残余应力分布为优化对象，分别利用对U型材的挤压获得了基于毛坯及挤压模预热温度、挤压速度和摩擦的加工参数以及利用对L 型材的挤压，获得了基于锥角、入口半径、定径带长度的模具优化参数。 以TC4钛合金材料特性研究为基础，本文通过对钛合金异型材坯料热处理及挤压过程的仿真研究和加工参数与模具参数的优化分析，得到了钛合金坯料在一系列加工过程中应力、应变及挤压力等的变化规律，并研究出一种基于挤压力和残余应力的工艺参数及模具参数优化方法，对于相关材料成型研究及实际生产具有一定的参考价值。

【学位名称】硕士

【学位授予单位】北京航空航天大学

【学位授予年度】2016

【导师姓名】张以都

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