航空多框整体结构件铣削变形机理与预测分析研究

作者： 郭魂   来源： 南京航空航天大学 年份： 2016 文献类型 ： 学位论文 关键词： 多框结构件   走刀路径   加工变形   加工顺序   残余应力   有限元法  

描述： 航空多框整体结构件,由于其结构的复杂性,对于其数控加工变形预测的理论分析与试验研究均具有很高的难度。该类零件的加工变形已成为制约国防武器装备快速研制和高效生产的最突出问题之一。本文采用有限元模拟与试验研究相结合的方法,对航空多框整体结构件的铣削加工变形机理、预测方法以及变化规律开展了深入的研究,为该类结构件加工变形的控制奠定了基础。全文共分七章,各章内容简述如下。第一章阐述了论文研究的背景和意义,总结了航空整体结构件数控加工变形的国内外研究现状,提出了本论文的研究内容和总体框架。第二章在总结国内外铣削力研究现状的基础上,采用多因素正交试验研究了航空铝合金7075-T7351的铣削力学特性,建立了该材料的铣削力经验模型,为研究切削力对加工变形的影响提供了依据。第三章结合航空多框结构件铣削加工的特点,对采用有限元技术研究铣削加工变形的力学基础进行了探讨,给出了航空多框结构件铣削加工过程的力学描述和三维有限元建模原则,建立了多框体铣削加工变形的有限元分析模型,提出了铣削加工变形研究的技术路线。第四章基于上述理论基础,利用三维弹塑性有限元技术分析了走刀路径和装夹方案对...

航空整体结构件铣削加工变形的有限元模拟理论及方法研究

作者： 黄志刚   来源： 浙江大学 年份： 2016 文献类型 ： 学位论文 关键词： 铣削加工   切屑分离标准   正交切削   切削力   整体结构件   动态切削载荷   热力耦合   切削温度   切屑成形   残余应力   生死单元   加工变形   优化   加工顺序   加工路径   有限元模拟  

描述： 本文通过机械制造、固体力学和有限元法等多学科的深入交叉,采用实验研究、理论建模和软件分析相结合的方法,从金属切削原理入手,分别建立了金属正交切削加工的热力耦合有限元模型和三维铣削加工的有限元模型,对铣削加工变形的机理、变形抑制的理论和工艺措施进行了广

航空长梁整体结构件加工变形预测及校正分析

作者： 黄晓明   孙杰   李剑峰   来源： 第七届全国机械工程博士论坛 年份： 2016 文献类型 ： 会议论文 关键词： 有限元数值模拟   长梁整体结构件   加工变形   变形校正  

描述： 航空整体结构件的加工变形和变形校正是制约结构件加工效率的瓶颈技术,针对长梁零件加工后的出现变形问题,构建薄壁长梁整体结构件加工变形有限元模型进行数值计算。研究表明,在毛坯初始应力和加工应力的作用下,长梁件出现弯曲扭转复合变形,工件结构刚度不对称是导致工件弯曲变形的重要原因。以变形结果作为校正目标模型,进行加载.卸载反弯和扭转校正分析,对校正参数、校正载荷施加形式及校正效果等关键技术进行研究。根据长

航空薄壁件加工变形补偿技术研究

作者： 楼文明   来源： 西北工业大学 年份： 2016 文献类型 ： 学位论文 关键词： 铣削加工   加工变形   薄壁件   补偿  

描述： 航空薄壁件的数控加工变形是航空制造技术中影响加工精度与质量的关键因素，严重地阻碍了航空制造业的发展。因此，实现航空薄壁件加工变形的补偿具有重要的理论意义和工程应用价值。鉴于问题的复杂性，本文采用理论建模、软件分析和试验研究相结合的方法。 本文通过安排四因素回归正交试验，对铣削力模型中切削参数常用的两种确定方法进行比较，并确定适合于薄壁件加工的铣削力模型。针对典型薄壁件的加工变形问题进行了研究，采用有限元方法并结合悬臂梁理论，建立了刀具和工件变形的数值计算模型。建模过程中首先根据铣削力的变化情况对铣削区域进行分类，更加精确的标定了铣削力模型中的切削系数，其次在铣削力加载时根据铣削力的实际变化情况，应用FORTRAN子程序实现了铣削力的非均布加载。考虑刀具和工件变形对铣削力模型的影响，提出加工变形的柔性迭代预测模型，获得了典型壁件加工变形的基本规律，并根据变形轮廓线的不同和变形程度修正铣削参数，实现了铣削加工变形的补偿，为薄壁件的高精度加工提供了依据。基于薄壁件加工变形理论和预测方法，建立了针对薄壁件的加工变形预测系统，对不同的零件模型有良好的通用性，减少计算时的人工参与，提高了计算效率。 ...

航空铝合金残余应力及切削加工变形研究

作者： 唐志涛   来源： 山东大学 年份： 2016 文献类型 ： 学位论文 关键词： 加工变形   整体结构件   加工残余应力   毛坯初始残余应力   铝合金  

描述： 航空整体结构件具有结构复杂、尺寸大、材料去除率高、薄壁部位多、刚性差等特点,在加工过后,零件通常会出现弯曲、扭曲或弯扭组合等变形,加工精度难以达到设计要求。本文以航空铝合金7050-T7451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,铣削加工引入的残余应力,以及铣削力、铣削热和装夹载荷的作用,借助理论分析、实验研究和数值模拟等研究手段,研究影响变形的各因素在加工的各阶段所起的作用及引起的变形形式,明确整体结构件加工变形的产生机理,从而为航空整体结构件的加工变形的控制和工艺参数优化提供理论依据。分析航空铝合金预拉伸板7050-T7451内部残余应力的产生机理,指出毛坯初始残余应力主要在热轧和固溶化淬火工艺过程中产生,采用预拉伸的方法进行消减;基于裂纹柔度法测量铝合金厚板内部残余应力的分布规律,采用有限元法计算得到测试试样的裂纹柔度函数,在分析应力计算不确定度来源的基础上,研究裂纹柔度法中插值函数及其阶数的选择对应力计算结果不确定度的影响,基于应力不确定度的最小化目标,确定9阶勒让德多项式是拟合铝合金预拉伸板内部残余应力的一种理想的插值函数及其阶数;计算得到45...

航空薄壁件铣削加工变形分析与试验研究

作者： 敖志强   来源： 西北工业大学 年份： 2016 文献类型 ： 学位论文 关键词： 数控加工   铣削加工   航空铝合金   加工变形   切削力   薄壁件   有限元模拟  

描述： 航空薄壁件的数控加工变形是航空制造技术中影响加工精度与质量的关键因素，严重地阻碍了航空制造业的发展。因此，实现航空薄壁件加工变形的预测和控制具有重大的理论意义和工程应用价值。鉴于问题的复杂性，本文采用理论建模、软件分析和试验研究相结合的方法。

航空铝合金残余应力消除及评估技术研究

作者： 王秋成   来源： 浙江大学 年份： 2016 文献类型 ： 学位论文 关键词： 应力消除   加工变形   应力控制   模锻件   有限元法   残余应力   板材   铝合金  

描述： 残余应力直接影响航空铝合金结构件的疲劳强度、抗应力腐蚀能力、尺寸稳定性与使用寿命，并导致后续机械加工过程中，由于材料内部的残余应力的释放，容易产生很大的加工变形。因此，研究航空铝合金残余应力控制与消除技术是极为重要的。本论文主要研究了以下几个方面

关于航空框类结构件铣削加工残余应力和变形机理的研究

作者： 王立涛   来源： 浙江大学 年份： 2016 文献类型 ： 学位论文 关键词： 铣削加工   载荷步   回归正交实验法   加工变形   有限元法   弹塑性力学   构件   应力波效应  

描述： 该文,首先对引起切削加工变形的主要原因进行了分析,结合生产现场反馈的技术信息,确定以控制零件残余应力作为解决变形问题的突破口.从切削加工产生残余应力规律研究到零件内部原有残余应力因切削加工而重新分布规律的研究,详细分析了航空结构件因铣削加工而引起变形?

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。