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- 航空整体结构件铣削加工变形机理及变形校正技术研究
- 作者： 张洪伟 来源： 北京航空航天大学 年份： 2016 文献类型 ： 学位论文 关键词： 铣削 加工变形 子结构 响应面法 残余应力 有限元仿真 航空整体结构件 校正
- 描述： 大型航空整体结构件在数控铣削加工过程中的加工变形问题是航空航天制造领域的共性难题。因此，对航空结构件的铣削加工变形进行预测、控制及校正具有重大的理论意义和工程应用价值。本文采用力学建模、有限元数值仿真、实验验证及软件开发相结合的方法，对航空整体结构件铣削加工变形的机理、变形的控制及加工变形校正的理论、方法进行了广泛深入的研究。本论文主要在以下方面开展研究：一、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。首先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，提出了相应的解决方案，如初始残余应力场构建、体—壳单元与实体单元的混合有限元建模策略、装夹边界条件的约束转换及单面约束处理等。选取典型航空结构件，基于不同加工路径，研究了残余应力所引起的加工变形规律。并进行了铣削加工试验，验证有限元仿真结果的正确性。最后提出了加工变形控制的工艺措施。二、研究了铣削力及残余应力耦合影响下航空结构件加工变形规律。针对圆柱螺旋铣刀，建立铣削力模型，并基于有限元进行瞬态铣削力仿真。对三维铣削仿真中的关键技术进行了详细论述，并基于不同加工路径进行了典型框类零件的加工变形仿真研究，获得了仅考虑铣削力与综合考虑铣削力及初始残余应力耦合作用的不同加工变形规律。三、研究了航空结构件加工变形校正有限元仿真关键技术。分析并确定了变形校正仿真中的单元类型及积分方案；提出了一种加工变形—校正过程的协同仿真分析方法，将两个过程有机结合起来，提取加工仿真后的变形有限元模型作为校正初始模型，解决了初始校正模型建立的难题；给出了位移校正准则，并提出利用改进的二分法进行校正参数的计算；分析了校正支点位置的确定及不同校正载荷作用方式对于校正效果及校正残余应力的影响。通过大量有限元仿真计算，获得了典型框类工件变形校正的规律性曲线。分别设计了压弯试验及变形校正试验，验证了有限元仿真结果的正确性。最后针对工程应用，提出了适用于反弯校正的有限元数学模型。校正过程会引入较大的校正残余应力，应对校正后的工件进行去应力处理。 四、研究了包含有初始残余应力的变形工件的校正计算，使得校正工作更加全面合理。提取加工仿真后的应力场数据作为变形工件的初始残余应力，解决了复杂工件的三维残余应力场难以通过测试完全掌握及无法预置的难题；获得了外加载荷与初始残余应力的耦合作用规律。利用X射线法对原始工件、压弯后工件及校正后工件分别进行了表层残余应力测试研究。五、针对加工变形及变形校正仿真，基于大型商用有限元软件，开发了加工变形CAE专用功能模块，将复杂的有限元理论和关键技术进行了封装。在变形校正研究中，将有限元方法及响应面法相结合，提出了一种新的基于数值仿真数据的集成响应面法，以用于快速识别变形校正参数。六、研究了航空整体结构件动态特性快速计算方法。依据刚性参数等效原则将航空结构件划分为若干标准特征子结构，引入动力子结构模态综合法，快速进行动态特性分析，为加工工艺参数的优化提供必要的数据准备。
- 航空减速器螺旋锥齿轮动态啮合仿真研究
- 作者： 仲岑泓 来源： 北京航空航天大学 年份： 2016 文献类型 ： 学位论文 关键词： 安装误差 动态啮合 螺旋锥齿轮 接触 有限元仿真
- 描述： 齿轮啮合过程中的准动态和高速动态啮合问题。主要的工作包括：1. 建立几何模型。利用建模软件Unigraphics NX 2.0建立精确的螺旋锥齿轮的三维几何模型。2. 建立有限元分析模型。选用
- 航空铝合金预拉伸板残余应力及加工变形研究
- 作者： 赵丽丽 来源： 北京航空航天大学 年份： 2016 文献类型 ： 学位论文 关键词： 淬火 拉伸 横向耦合 加工变形 数控切削 薄壁零件 残余应力 轧制
- 描述： 铝合金预拉伸板初始残余应力在数控加工过程中受到破坏而重新分布引起的零件变形问题是航空航天制造领域的瓶颈问题。目前铝合金预拉伸板毛坯内残余应力分布状态在国标和军标均没有具体规定，而残余应力是影响被加工零件形位尺寸稳定性的核心因素。本文主要针对现代航空大型整体薄壁结构件的加工变形难题，从铝合金预拉伸板残余应力的产生根源入手，从铝合金预拉伸板内已有残余应力在数控加工过程中受到破坏和重新分布的角度出发，采用基于有限元仿真的理论研究和实验验证相结合的方法，研究铝合金预拉伸板成型过程中残余应力的产生、变化以及数控加工中由于残余应力的释放和重新分布对薄壁零件加工变形的影响，最终达到控制航空大型整体薄壁结构件数控加工变形的目的。本论文主要从以下方面开展研究：一、研究7075铝合金预拉伸板轧制-热处理-拉伸-数控加工过程中应力的产生、变化、破坏和重新分布。采用 “横向耦合”整体式有限元仿真方法，综合研究分属不同物理状态的轧制、热处理、拉伸和数控切削过程中应力、应变的产生、变化及相互影响。针对不同工序属于不同的物理过程，采用过耦合的方法建立标准材料库，供不同的物理分析过程所用。“横向耦合”整体式有限元仿真方法克服了传统仿真方法中只能仿真单一物理过程的局限，由单一物理过程的仿真研究发展为交叉过程的综合模拟，并朝着优化、可靠性及变形控制研究等综合评估的方向发展。这种有限元仿真方法从铝合金预拉伸板成型过程出发，得到更为符合实际生产和加工状态的应力分布，为数控加工中合理选择铣削参数提供可靠的依据。二、基于“横向耦合”整体式有限元仿真方法得到的7075铝合金预拉伸板轧制-热处理应力仿真结果，研究并提出了有利于控制加工变形的轧制、淬火工艺：轧制过程残余应力沿厚度方向对称分布，轧制方向上除端部出现应力集中外，稳定轧制区域内应力分布均匀，其大小和分布受“轧变系数”中多种因素的综合影响；宽展方向应力只有轧制方向应力的66%左右，应力梯度大；热处理过程仍能保证残余应力关于厚度方向对称分布，但热应力对轧制应力影响较大，热应力是否能够覆盖原有的轧制应力，主要取决于淬火介质、淬火温度和淬火时间。三、根据轧制-热处理应力仿真结果，研究并提出了针对航空用的大型铝合金预拉伸板的拉伸工艺。仿真及实验结果均表明：长度较小的7075铝合金预拉伸板在实际塑性拉伸量达到2.5%-3%后，拉伸减小残余应力比较明显；大型铝合金预拉伸板拉伸后，整个板材出现三个区域：夹具区(应力集中区)，均匀变形区和小变形区。夹具区和小变形区的应力减小情况不明显，均匀变形区应力有很大的减小。无论是拉伸小的样件还是大型铝合金板材，并非拉伸量越大应力减小效果越明显，过大的拉伸量不但不会降低板材内部残余应力，反而会因过大的塑性变形而产生新的拉应力，增大内部残余应力。四、根据仿真和实验的研究结果，充分利用铝合金预拉伸板内应力关于厚度方向对称分布的特点，研究了“准对称”加工的数控铣削方法。仿真和实验结果均表明，利用对称分布应力的对称去除的“准对称”加工方法可以有效达到减小加工变形的目的。