航空航天铝合金结构件综合残余应力与结构强度研究

【类型】学位论文

【作者】李海岩 

【关键词】 残余应力 轧制 淬火 拉伸 铣削加工 结构强度 有限元仿真

【摘要】航空航天工业的迅速发展对结构件的设计水平提出了更高的要求，结构件既要保证足够的强度，还要求避免不必要地加大飞行器的重量和外廓尺寸。在传统的结构强度条件中，结构件的许用应力是由材料极限应力以及安全系数决定。研究表明，在毛坯成型及机械加工的过程中，结构件内部产生的残余应力对许用应力有着非常重要的影响。但是，现有方法只是通过适当增大安全系数来表示其作用，这导致材料的许用应力下降，也会增大零件的结构尺寸及重量，降低飞行器整体性能。另外，安全系数的增大也会导致结构件强度余量的增大，实际寿命往往会大大超过零件的预期使用时间，这样造成了能源的严重浪费，与绿色设计的宗旨背道而驰。因此，对于重量严格控制、设计精度要求高的航空航天结构件，需要定量化考虑残余应力对结构强度的作用，更加科学、准确地确定安全系数，从而保证结构件的强度条件及适当强度余量。本文以典型的航空航天框类整体结构件为研究对象，采用力学建模、有限元数值仿真、实验验证等方法，对铝合金厚板毛坯成型过程中的轧制、淬火、预拉伸工艺及结构件的铣削加工过程分别进行仿真，采用物理场耦合的有限元方法，求解得到结构件的综合残余应力值；进一步深入研究结构件的残余应力对材料屈服极限的定量影响，并且在传统的强度理论中引入表征残余应力作用的影响系数，定量化分析残余应力与结构件许用应力之间的数值关系，对提高结构件的强度具有重要的意义。

【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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