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- 航空铝合金振动时效若干关键技术研究
- 作者： 赵晓慈 来源： 北京航空航天大学 年份： 2016 文献类型 ： 学位论文 关键词： 振动时效 残余应力 加工变形 仿真 有限元分析
- 描述： “振动时效”是利用机械振动，对含有残余应力的构件或毛坯施加循环载荷，使构件或毛坯的某些部位的残余应力与振动产生的动应力进行叠加，当叠加后的应力超过材料的屈服应力时，将产生一定的塑性变形，使应力得到松弛，从而降低和均化构件或毛坯残余应力的一种技术。振动时效是用于控制工件加工变形的主要技术手段之一。但在工程实际应用中，由于难以定量地获知构件或毛坯中的残余应力分布状态，使得振动时效工艺参数的选取缺乏基本的科学依据，存在极大的盲目性。目前，主要凭借经验或仅依赖构件的固有频率来确定振动时效的工艺参数，而不考虑构件振动的振型，因而常常导致振动时效效果不理想。针对传统的振动时效技术的应用现状，本文提出了一种“残余应力定位均化”振动时效方法，即通过有限元仿真分析的方法，定量地获得工件或毛坯中残余应力的分布情况，确定需要均化残余应力的具体部位；根据工件或毛坯的几何形状确定所需的振动模态，在此基础上优化并制定支承点、激振点、激振频率、激振位移与激振时间等振动时效工艺参数，并实施振动时效，从而达到定位均化残余应力、控制工件加工变形以及提高工件疲劳寿命的目的。 本文采用理论研究和实验验证相结合的方法，主要在以下几方面开展了研究工作：首先，研究了典型铝合金毛坯的动力学特性，并以铝合金梁、板为例，分别研究了激振频率、激振位移及激振时间等振动时效工艺参数的选取对时效效果的影响。在此基础上提出了“残余应力定位均化”振动时效技术，即在定量地获得工件或毛坯中残余应力分布的前提下，制定科学合理的振动时效工艺参数，进行有针对性的时效处理，从而实现定位降低和均化残余应力。其次，分析得出动力场是一个依赖频率变化的场的概念，在不同的激振频率下，工件的振型不同，对应不同的动应力分布，由此，本文提出了复合振型的振动时效方法，即依据时效件原始残余应力的大小和分布的状况，综合利用两个或两个以上的振型进行振动时效，使残余应力场得到全方位均化。再次，研究了大型环件在径向和径/轴向轧制过程中金属的流动规律以及轧制后环件残余应力场的三维分布规律，为进一步研究环件振动时效工艺参数提供了可靠依据。通过对轧制后的环件进行振动时效，定量地分析了振动时效对环件产生的疲劳损伤，并获得了激振力、残余应力及裂纹尺寸对环件疲劳寿命的影响规律。最后，通过实验方法对残余应力定位均化技术进行了验证。实验结果表明，经振动时效后工件残余应力得到了降低和均化；经时效处理的工件所产生的加工变形小于未经时效处理的工件变形，验证了定位均化振动时效技术能有效降低工件的加工变形。