本文關(guān)鍵詞：航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣焊接應(yīng)力模擬與工藝優(yōu)化

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【摘要】：航空發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁機(jī)匣結(jié)構(gòu)復(fù)雜,焊接過(guò)程焊道較多,并且涉及到多種焊接工藝過(guò)程,焊后產(chǎn)生殘余應(yīng)力在所難免。焊接后所產(chǎn)生的殘余應(yīng)力會(huì)直接影響到整個(gè)焊件的剛度、接頭的疲勞強(qiáng)度、零件的尺寸精度和使用壽命等。因此,如何根據(jù)工藝條件準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)焊接結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力,并且提出相應(yīng)的控制措施,對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的使用安全性有著重要的意義。本文是基于數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法,深入研究掃描電子束焊和TIG焊焊接機(jī)匣過(guò)程中的應(yīng)力分布和應(yīng)力的控制方法,先以2mm厚的GH4169薄板作為研究對(duì)象,對(duì)其進(jìn)行數(shù)值模擬,并結(jié)合實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。采用有限元軟件SYSWELD對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁機(jī)匣的典型接頭進(jìn)行數(shù)值模擬,修正和校核出合理的掃描電子束焊和TIG焊熱源模型,模擬出掃描電子束焊和TIG焊焊接2mm厚的GH4169平板的熔池形貌、溫度場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)。使用“雙橢球熱源+3D高斯體熱源”組成的復(fù)合熱源模型模擬掃描電子束焊接過(guò)程和使用校核后的雙橢球熱源模型模擬TIG焊的焊接過(guò)程,對(duì)平板使用實(shí)際的焊接工藝參數(shù)進(jìn)行了試驗(yàn),實(shí)際焊接的熔池形貌和模擬結(jié)果十分吻合,證明了熱源的正確性。使用超聲波測(cè)應(yīng)力法測(cè)量焊后板件的殘余應(yīng)力值,并對(duì)比實(shí)際測(cè)得結(jié)果與模擬結(jié)果。殘余應(yīng)力的模擬結(jié)果和實(shí)測(cè)結(jié)果有相似的分布規(guī)律,誤差范圍在10%左右,模擬結(jié)果與實(shí)際的焊接情況很相符,證明了模擬結(jié)果是正確的。使用上述修正和校核準(zhǔn)確的熱原模型模擬不同工藝方案焊接機(jī)匣部件的過(guò)程。研究結(jié)果表明:焊接方向的改變對(duì)控制焊后殘余應(yīng)力沒有明顯的效果,而焊縫二次低溫加熱工藝措施可以有效的降低焊后的殘余應(yīng)力,降低幅度達(dá)到20%左右。對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁機(jī)匣整體結(jié)構(gòu)在優(yōu)化后的焊接工藝下進(jìn)行焊接模擬,得到了最終應(yīng)力場(chǎng)和變形的模擬結(jié)果,其縱向殘余拉應(yīng)力最大值為657MPa,主要存在于焊縫區(qū)域和近焊縫區(qū)域,此區(qū)域也是整個(gè)機(jī)匣結(jié)構(gòu)的危險(xiǎn)區(qū)域。最大變形量為0.0045,符合實(shí)際的生產(chǎn)要求。此模擬結(jié)果為實(shí)際的航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣的生產(chǎn)過(guò)程提供了理論依據(jù)與數(shù)值參考。
【關(guān)鍵詞】：薄壁機(jī)匣 高溫合金GH4169 掃描電子束焊 TIG焊 殘余應(yīng)力
【學(xué)位授予單位】：沈陽(yáng)航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：V263
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 緒論12-18
• 1.1 研究目的和意義12-13
• 1.2 焊接結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-16
• 1.3 電子束焊研究現(xiàn)狀16-17
• 1.4 本文主要研究?jī)?nèi)容17-18
• 第2章 熱源修正與對(duì)接接頭焊接溫度場(chǎng)的模擬18-34
• 2.1 接頭宏觀形貌18-19
• 2.2 有限元軟件SYSWELD簡(jiǎn)介19-20
• 2.3 材料屬性以及焊接工藝參數(shù)20-22
• 2.3.1 GH4169合金材料屬性20-21
• 2.3.2 焊接工藝參數(shù)21-22
• 2.4 溫度場(chǎng)計(jì)算理論22
• 2.5 網(wǎng)格劃分22-23
• 2.6 熱源模型的選擇23-27
• 2.6.1 TIG焊的熱源模型24-25
• 2.6.2 掃描電子束焊的熱源模型25-27
• 2.7 對(duì)接接頭溫度模擬結(jié)果27-32
• 2.7.1 TIG焊溫度模擬結(jié)果27-30
• 2.7.2 掃描電子束焊溫度模擬結(jié)果30-32
• 2.8 本章小結(jié)32-34
• 第3章 焊接應(yīng)力場(chǎng)的模擬與試驗(yàn)驗(yàn)證34-50
• 3.1 應(yīng)力場(chǎng)分析基本理論34-37
• 3.1.1 米塞斯（Von Mises）屈服準(zhǔn)則35-36
• 3.1.2 流動(dòng)準(zhǔn)則36-37
• 3.1.3 強(qiáng)化準(zhǔn)則37
• 3.2 熱彈塑性有限元分析求解理論37-39
• 3.3 材料的力學(xué)性能參數(shù)39-40
• 3.4 應(yīng)力場(chǎng)模擬結(jié)果40-45
• 3.4.1 TIG焊應(yīng)力模擬結(jié)果40-43
• 3.4.2 掃描電子束焊應(yīng)力模擬結(jié)果43-45
• 3.5 焊接殘余應(yīng)力的試驗(yàn)驗(yàn)證45-49
• 3.5.1 測(cè)殘余應(yīng)力的方法45-46
• 3.5.2 超聲波測(cè)殘余應(yīng)力設(shè)備和測(cè)試方法46-47
• 3.5.3 實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果和模擬結(jié)果的對(duì)比與分析47-49
• 3.6 本章小結(jié)49-50
• 第4章 不同工藝對(duì)機(jī)匣部件焊接應(yīng)力的影響50-62
• 4.1 支板與支板頭焊接過(guò)程的模擬50-55
• 4.1.1 支板和支板頭的網(wǎng)格劃分50
• 4.1.2 降低殘余應(yīng)力的工藝方案的選擇50-52
• 4.1.3 三種不同工藝下支板和支板頭的模擬結(jié)果52-55
• 4.2 支板頭與腹板焊接過(guò)程的模擬55-61
• 4.2.1 支板頭和腹板的網(wǎng)格劃分55-56
• 4.2.2 降低殘余應(yīng)力的工藝方案的選擇56-57
• 4.2.3 三種不同工藝下支板頭和腹板的模擬結(jié)果57-61
• 4.3 本章小結(jié)61-62
• 第5章 薄壁機(jī)匣結(jié)構(gòu)的整體焊接模擬與驗(yàn)證62-69
• 5.1 整體機(jī)匣的網(wǎng)格劃分62-63
• 5.2 機(jī)匣焊接工序63-64
• 5.3 整體機(jī)匣結(jié)構(gòu)的焊接應(yīng)力場(chǎng)結(jié)果64-66
• 5.4 整體機(jī)匣實(shí)際應(yīng)力測(cè)量結(jié)果與模擬結(jié)果的對(duì)比66-67
• 5.5 整體機(jī)匣結(jié)構(gòu)的焊后變形量67
• 5.6 本章小結(jié)67-69
• 結(jié)論69-72
• 參考文獻(xiàn)72-75
• 致謝75-76
• 攻讀碩士期間發(fā)表（含錄用）的學(xué)術(shù)論文76

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：644238