【摘要】：鋁合金交叉筋壁板具有質(zhì)量輕、強度高、抗疲勞性能好的特點,在航空航天領域被廣泛采用。由于其特殊的交叉筋結(jié)構(gòu),應用傳統(tǒng)方法成形存在周期長、回彈嚴重、加強筋斷裂的問題。本文采用激光熱誘導成形法,對扇形鋁合金交叉筋壁板進行錐面成形研究。本文首先模擬實際加工環(huán)境,結(jié)合熱力耦合相關理論,建立了激光熱誘導成形有限元模型。通過仿真得到單道掃描溫度場、位移場和應變應力場分布的規(guī)律,分析了扇形交叉筋成形的特點。通過試驗驗證了仿真結(jié)果的正確性,為后續(xù)掃描策略的研究奠定了基礎。為了減小單道掃描出現(xiàn)的非期望變形,本文還對扇形交叉筋壁板成形錐面的掃描策略進行了仿真研究。為提高掃描線變形的一致性,使不同位置變形協(xié)同,提出了變功率掃描策略、兩端多次掃描策略和綜合掃描策略,通過仿真分析比較了各種掃描策略對提高掃描線變形一致性的效果。為抑制自由端的邊緣效應,分析了掃描速度、激光功率和掃描次數(shù)對邊緣效應的影響,得到了抑制邊緣效應的掃描策略,通過試驗進行了驗證。對多條掃描線成形過程中出現(xiàn)的板材整體扭曲現(xiàn)象進行了有限元分析,提出一種校正扭曲板材的掃描策略,并在試驗中得到了驗證。本文基于上述仿真和試驗得出的結(jié)論,進行了扇形交叉筋壁板錐面成形試驗。根據(jù)錐面幾何特點,算出成形的彎曲角度和z向位移變化,確定了錐面整體成形的掃描路徑。進行了2×2網(wǎng)格扇形交叉筋壁板的錐面成形試驗,并分析了成形誤差,驗證了錐面成形整體掃描策略的合理性。將這種掃描策略復制到6×7網(wǎng)格扇形交叉筋壁板的錐面成形中,并進行掃描參數(shù)的修正,得到了精度較高的錐面交叉筋壁板。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：V252.2
【圖文】：

1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1986 年，日本學者 Namba Y 發(fā)現(xiàn)激光作用于材料表面會產(chǎn)生彎果，并設想將這種方法在地面上發(fā)射激光照射到太空中的艙體上，使之圓柱形結(jié)構(gòu)[7]。隨后，各國學者對成形機理、成形規(guī)律、掃描策略、成等方面做了大量的研究，研究方法從最開始的試驗分析轉(zhuǎn)化為數(shù)值仿真試驗結(jié)合，成形曲面的復雜程度也隨之增加。Vollertsen F 和 M.Geiger 等學者對激光成形機理進行了大量的研究，激光成形的三種機理：彎曲機理（溫度梯度機理）、屈曲機理、增厚機如圖 1-1。根據(jù)掃描速度、板材厚度和光斑尺寸不同，成形過程表現(xiàn)為理。當速度較大、光斑尺寸較小時，上下表面溫度梯度大，彎曲程度不這時主要表現(xiàn)為彎曲機理，板材朝著激光源的方向彎曲。當光斑尺寸大較低時，主要表現(xiàn)為皺曲機理，板材產(chǎn)生背向激光源的反向彎曲[9]。當寸小、速度低、板材厚度很小時，增厚機理占據(jù)主導地位，溫度傳遞到的時間較短，上下表面的溫度梯度很小，變形量相近，無法產(chǎn)生彎曲效下表面材料均在厚度方向堆積。

圖 1-2 燒蝕現(xiàn)象 圖 1-3 水冷和風冷的成形結(jié)果Lambiase 等[21]將溫度和應力置于一個封閉環(huán)中定義一個解析模型，充分考慮熱傳導率對加熱區(qū)溫度的影響，這種模型適合溫度梯度機理，并且在掃描速度非常低的情況下仍被證明是有效的。Eideh 等[22]根據(jù)彈塑性理論，對激光熱誘導成形的有限元模型進行了簡化，在模型建立過程中，他考慮了溫度對材料物理性能的影響，同時對邊界條件作了合理的簡化。該模型運算效率較高，能在很短時間內(nèi)得到溫度場和應力應變場的分布。但通過實驗發(fā)現(xiàn)，該模型只適合特定情況下的仿真，在某些試驗過程中則誤差較大。Hennige 等[23]在成形一種碗狀形狀時，將掃描路徑設置為徑向和周向。周向掃描路徑是一系列同心圓，徑向掃描路徑時三中不同長度的線，三種長度的線有規(guī)律的間隔排布。在成形過程中，先沿著圓周方向掃描，其目的是構(gòu)造碗形基本形狀，使后續(xù)掃描過程中不出現(xiàn)翹曲現(xiàn)象，隨后，沿著半徑方向進行掃描，依次對三種長度的路徑進行掃描。通過這兩種掃描路徑的結(jié)合，最后得到了一種三維多曲率碗狀結(jié)構(gòu)，如圖 1-4。此外，他還對掃描線為直線和曲線時板材的彎曲角度進行了比較，發(fā)現(xiàn)掃描線為曲線時，單次彎曲角度和成形最大角度都有所減小。

圖 1-2 燒蝕現(xiàn)象 圖 1-3 水冷和風冷的成形結(jié)果Lambiase 等[21]將溫度和應力置于一個封閉環(huán)中定義一個解析模型，充分考慮熱傳導率對加熱區(qū)溫度的影響，這種模型適合溫度梯度機理，并且在掃描速度非常低的情況下仍被證明是有效的。Eideh 等[22]根據(jù)彈塑性理論，對激光熱誘導成形的有限元模型進行了簡化，在模型建立過程中，他考慮了溫度對材料物理性能的影響，同時對邊界條件作了合理的簡化。該模型運算效率較高，能在很短時間內(nèi)得到溫度場和應力應變場的分布。但通過實驗發(fā)現(xiàn)，該模型只適合特定情況下的仿真，在某些試驗過程中則誤差較大。Hennige 等[23]在成形一種碗狀形狀時，將掃描路徑設置為徑向和周向。周向掃描路徑是一系列同心圓，徑向掃描路徑時三中不同長度的線，三種長度的線有規(guī)律的間隔排布。在成形過程中，先沿著圓周方向掃描，其目的是構(gòu)造碗形基本形狀，使后續(xù)掃描過程中不出現(xiàn)翹曲現(xiàn)象，隨后，沿著半徑方向進行掃描，依次對三種長度的路徑進行掃描。通過這兩種掃描路徑的結(jié)合，最后得到了一種三維多曲率碗狀結(jié)構(gòu)，如圖 1-4。此外，他還對掃描線為直線和曲線時板材的彎曲角度進行了比較，發(fā)現(xiàn)掃描線為曲線時，單次彎曲角度和成形最大角度都有所減小。

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

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相關博士學位論文 前2條

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本文編號：2792324