基于残余应力的航空整体结构件加工变形预测研究

【类型】学位论文

【作者】李文杰 

【关键词】 整体结构件 加工变形 残余应力 铝合金 淬火 拉伸 有限元仿真

【摘要】航空整体结构件在数控铣削加工过程中的变形问题是现代航空航天制造领域的共性难题。航空整体结构件结构复杂，精度要求高。材料内残余应力容易使刚性差的结构件产生较大的加工变形，传统工艺难以使其达到精度要求。因此，对整体结构件加工变形进行预测具有重大的工程实际意义。本文以航空铝合金7075T为研究对象，围绕引起整体结构件加工变形的主要因素，即毛坯初始残余应力的释放与重分布，采用实验验证、数值模拟等手段研究了航空铝合金毛坯板材的淬火、拉伸以及典型航空整体结构件的加工过程。本论文主要从以下方面开展研究： 一，研究了铝合金构件内部残余应力的测试与评估技术。系统总结了现有的残余应力测试方法。在此基础上，使用剥层法实验测得了7075T航空铝合金预拉伸板的内部残余应力分布规律。 二，运用间接耦合方法对铝合金7075T板材的淬火过程进行了模拟；预测了淬火冷却过程中毛坯件温度场的变化规律；得到了淬火过程中残余应力的变化趋势以及淬火后最终的三向残余应力分布情况；对模型的弹性和塑形应变分布进行了分析，验证了淬火残余应力的产生原因。 三，模拟了机械拉伸消除淬火残余应力的整个过程，并分析了拉伸法对毛坯件残余应力以及塑性变形的影响。针对不同拉伸量情况下，对毛坯件残余应力、塑性应变分布进行了分析，得出在拉伸量为2%时残余应力消除效果最好，应力消除量达到81.2%。而通过对比应力以及塑性应变的分布，验证了拉伸法消除残余应力的机理。 四，研究了毛坯初始残余应力对于航空整体结构件加工变形的影响规律。对加工变形有限元仿真过程中的关键技术进行了深入研究，提出了始残余应力场构建方案。采用生死单元技术对工件进行分层材料去除模拟，分析了材料剥层过程中工件的变形量。选取典型航空结构件，基于不同加工顺序，研究了残余应力所引起的加工变形规律。

【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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