發(fā)布時間：2017-09-14 15:45

  本文關(guān)鍵詞：鋁合金航空整體結(jié)構(gòu)件加工變形機(jī)理與預(yù)測研究

  更多相關(guān)文章： 7050-T7451鋁合金 航空整體結(jié)構(gòu)件 加工變形 應(yīng)力 溫度 剛度特性 預(yù)測系統(tǒng)

【摘要】：隨著航空飛行器綜合性能的不斷提高,對航空器結(jié)構(gòu)件的高精度制造提出了更嚴(yán)格的要求。目前大型航空整體薄壁結(jié)構(gòu)件加工變形的問題日益突出,航空結(jié)構(gòu)件加工后往往發(fā)生彎曲、扭轉(zhuǎn)或彎扭組合的整體變形,難以達(dá)到設(shè)計要求,嚴(yán)重影響了航空航天產(chǎn)品的生產(chǎn)效率與成本。航空整體結(jié)構(gòu)件加工變形產(chǎn)生的影響因素包括結(jié)構(gòu)件的材料屬性、工件的結(jié)構(gòu)特征、毛坯初始?xì)堄鄳?yīng)力、切削應(yīng)力、溫度變化等。由于國內(nèi)外有關(guān)整體結(jié)構(gòu)件加工變形的研究往往偏重于某單一因素,對航空整體結(jié)構(gòu)件變形產(chǎn)生機(jī)理缺乏深入了解,同時缺乏有效的變形預(yù)測手段,這都極大地限制了航空整體結(jié)構(gòu)件在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用與發(fā)展。因此,進(jìn)行航空整體結(jié)構(gòu)件加工變形機(jī)理及變形預(yù)測的理論和應(yīng)用研究具有重大工程意義和應(yīng)用價值。本文在國家自然基金項(xiàng)目“基于局部應(yīng)力調(diào)整航空整體結(jié)構(gòu)件變形校正理論和方法研究”(51275277)和某軍工企業(yè)項(xiàng)目"CATIA環(huán)境下鋁合金大型結(jié)構(gòu)件變形預(yù)測與補(bǔ)償系統(tǒng)開發(fā)”的資助下,以7050-T7451鋁合金為研究材料,針對鋁合金整體結(jié)構(gòu)件加工變形機(jī)理開展研究,旨在明確回答“工件為什么變形”以及“影響變形的主次因素是什么”這兩個問題,以工程應(yīng)用為最終目標(biāo),建立變形快速預(yù)測系統(tǒng)平臺。本文采用理論分析、有限元建模和試驗(yàn)研究相結(jié)合的方法,分析加工過程剛度演變、應(yīng)力重分布和變形的關(guān)系,通過對單因素影響作用到考慮多因素綜合影響作用的整體結(jié)構(gòu)件變形預(yù)測,建立了綜合考慮加工過程工件剛度特征、毛坯初始?xì)堄鄳?yīng)力、加工應(yīng)力以及溫度變化產(chǎn)生的熱膨脹等多因素耦合產(chǎn)生的航空整體結(jié)構(gòu)件變形預(yù)測模型,有效提供鋁合金航空整體結(jié)構(gòu)件的加工變形預(yù)測、控制和工藝參數(shù)優(yōu)化依據(jù)。首先,準(zhǔn)確測定了不同溫度下7050-T7451鋁合金熱膨脹系數(shù),構(gòu)建了不同溫度區(qū)域,鋁合金預(yù)拉伸板材不同纖維方向精確熱膨脹系數(shù)數(shù)學(xué)模型,并借助Windows自帶的Access建立熱膨脹系數(shù)查詢數(shù)據(jù)庫。從鋁合金材料的組織成分和金相結(jié)構(gòu)變化角度,揭示了鋁合金熱膨脹系數(shù)變化的材料學(xué)內(nèi)在本質(zhì)。分別采用平均熱膨脹系數(shù)和準(zhǔn)確熱膨脹系數(shù)對工件變形進(jìn)行預(yù)測分析,采用準(zhǔn)確熱膨脹系數(shù)模型后,熱變形最大相對計算誤差由17.4%降為9.5%。以7050-T7451鋁合金預(yù)拉伸板材加工長梁隔框工件為例,通過建立加工過程有限元模型,分析航空整體結(jié)構(gòu)件數(shù)控加工過程中殘余應(yīng)力的演變規(guī)律,揭示加工過程整體結(jié)構(gòu)比例件的變形特點(diǎn)以及與之相對應(yīng)的殘余應(yīng)力狀態(tài)關(guān)系；進(jìn)行基于等效彎曲應(yīng)變能的剛度計算方法研究,通過不同加工階段工件等效剛度計算,分析航空整體結(jié)構(gòu)件數(shù)控加工過程中剛度變化規(guī)律；最后以隔框工件為例,分析不同隔框加工次序?qū)ぜ⻊偠妊葑兒蛻?yīng)力重分布的影響,建立剛度變化-殘余應(yīng)力演變-工件變形映射關(guān)系模型。結(jié)合電解剝層法和X射線衍射法,精確測定了7050-T7451鋁合金銑削加工應(yīng)力幅值及拉壓特性,獲得了銑削加工應(yīng)力特征曲線。揭示了銑削加工工藝參數(shù)和刀具結(jié)構(gòu)參數(shù)對加工應(yīng)力的影響規(guī)律,分析了影響加工應(yīng)力變化的主次因素,建立了銑削加工應(yīng)力經(jīng)驗(yàn)公式�；诨婁X合金速率的標(biāo)定試驗(yàn),分析了不同毛坯初始應(yīng)力和銑削應(yīng)力耦合作用對不同厚度薄板變形的影響。通過化銑剝除加工應(yīng)力,基于典型結(jié)構(gòu)件變形對比分析,獲得了毛坯初始應(yīng)力和加工應(yīng)力對工件變形的影響貢獻(xiàn)率。基于ABAQUS仿真軟件計算內(nèi)核,利用自定制應(yīng)用程序二次開發(fā)技術(shù),開發(fā)了大型鋁合金整體結(jié)構(gòu)件變形預(yù)測平臺,實(shí)現(xiàn)了大型復(fù)雜整體結(jié)構(gòu)件變形快速預(yù)測仿真分析前處理建模、作業(yè)提交及后處理操作的參數(shù)化和自動化。以某民機(jī)長梁結(jié)構(gòu)件為例,分析多應(yīng)力因素耦合作用下工件加工變形規(guī)律,研究加工過程,復(fù)雜長梁結(jié)構(gòu)件剛度演變規(guī)律。結(jié)果表明長梁結(jié)構(gòu)件主要變形方式為彎曲變形,毛坯應(yīng)力是變形的主要原因,加工應(yīng)力使得長梁結(jié)構(gòu)件產(chǎn)生一定扭轉(zhuǎn)變形。
【關(guān)鍵詞】：7050-T7451鋁合金 航空整體結(jié)構(gòu)件 加工變形 應(yīng)力 溫度 剛度特性 預(yù)測系統(tǒng)
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：V261
【目錄】：

• 摘要10-12
• ABSTRACT12-15
• 第1章 緒論15-29
• 1.1 引言15
• 1.2 航空整體結(jié)構(gòu)件制造概述15-18
• 1.2.1 鋁合金在航空航天業(yè)中的應(yīng)用15-17
• 1.2.2 航空結(jié)構(gòu)件及其加工特點(diǎn)17-18
• 1.3 航空鋁合金結(jié)構(gòu)件加工變形研究現(xiàn)狀18-24
• 1.3.1 鋁合金整體結(jié)構(gòu)件變形預(yù)測研究現(xiàn)狀18-20
• 1.3.2 影響整體件加工變形的主要因素分析20-21
• 1.3.3 加工變形相關(guān)技術(shù)研究現(xiàn)狀21-24
• 1.4 存在問題及課題的提出24-25
• 1.5 論文研究的意義、內(nèi)容及總體框架25-29
• 1.5.1 論文的主要研究內(nèi)容25-26
• 1.5.2 論文整體框架26-29
• 第2章 典型鋁合金材料熱物理特性及其對工件變形影響29-47
• 內(nèi)容摘要29
• 2.1 引言29
• 2.2 鋁合金預(yù)拉伸板材熱膨脹特性精準(zhǔn)建模29-39
• 2.2.1 溫度對熱膨脹系數(shù)影響微觀機(jī)理分析29-33
• 2.2.2 熱膨脹系數(shù)計算方法及其對熱變形精度影響分析33-34
• 2.2.3 7050-T7451鋁合金精確熱膨脹系數(shù)精準(zhǔn)測量34-36
• 2.2.4 7050-T7451鋁合金精確熱膨脹系數(shù)數(shù)學(xué)建模36-39
• 2.3 材料熱膨脹系數(shù)變化機(jī)理分析39-43
• 2.3.1 基于組分特性的溫度對熱膨脹系數(shù)影響機(jī)理39-41
• 2.3.2 7050-T7451鋁合金熱膨脹系數(shù)變化分析41-43
• 2.4 溫度變化對整體結(jié)構(gòu)件變形影響分析43-46
• 2.5 本章小結(jié)46-47
• 第3章 基于剛度與應(yīng)力演變機(jī)制的整體結(jié)構(gòu)件變形預(yù)測理論建模47-79
• 內(nèi)容摘要47
• 3.1 引言47
• 3.2 整體結(jié)構(gòu)件加工過程中剛度變化特性與理論建模47-60
• 3.2.1 等效剛度計算原理48-53
• 3.2.2 加工過程長梁件剛度演變規(guī)律53-60
• 3.3 材料去除過程毛坯應(yīng)力演變規(guī)律60-66
• 3.3.1 典型鋁合金預(yù)拉伸板材殘余應(yīng)力分布規(guī)律60-61
• 3.3.2 整體結(jié)構(gòu)件加工變形有限元建模61-63
• 3.3.3 應(yīng)力演變規(guī)律63-66
• 3.4 剛度變化-殘余應(yīng)力演變-工件變形映射關(guān)系模型建立66-76
• 3.4.1 基于材料去除效應(yīng)的附加力矩分析67-71
• 3.4.2 基于附加力矩的變形計算71-74
• 3.4.3 三框結(jié)構(gòu)件加工變形試驗(yàn)研究74-76
• 3.5 本章小結(jié)76-79
• 第4章 加工應(yīng)力產(chǎn)生規(guī)律及其對工件變形影響研究79-113
• 內(nèi)容摘要79
• 4.1 引言79
• 4.2 切削加工應(yīng)力產(chǎn)生機(jī)理分析79-87
• 4.2.1 切削力建模79-83
• 4.2.2 工件表層溫度場建模83-84
• 4.2.3 基于應(yīng)力松弛算法的加工殘余應(yīng)力計算模型84-87
• 4.3 工藝參數(shù)對鋁合金板材銑削應(yīng)力影響87-96
• 4.3.1 航空鋁合金7050-T745 1正交銑削試驗(yàn)87-90
• 4.3.2 試驗(yàn)結(jié)果90-91
• 4.3.3 航空鋁合金銑削殘余應(yīng)力經(jīng)驗(yàn)公式模型及分析91-96
• 4.4 刀具結(jié)構(gòu)參數(shù)對鋁合金板材銑削應(yīng)力影響96-103
• 4.4.1 刀具選定及試驗(yàn)設(shè)計96-98
• 4.4.2 不同刀具結(jié)構(gòu)參數(shù)對加工應(yīng)力影響結(jié)果分析98-103
• 4.5 加工應(yīng)力對不同壁厚薄板變形影響分析103-110
• 4.5.1 鋁合金化銑速率標(biāo)定103-105
• 4.5.2 銑削應(yīng)力對薄板變形影響105-108
• 4.5.3 銑削應(yīng)力對薄板變形有限元分析108-110
• 4.6 毛坯應(yīng)力/加工應(yīng)力對結(jié)構(gòu)件變形影響試驗(yàn)研究110-111
• 4.7 本章小結(jié)111-113
• 第5章 整體結(jié)構(gòu)件加工變形預(yù)測系統(tǒng)113-129
• 內(nèi)容摘要113
• 5.1 引言113
• 5.2 結(jié)構(gòu)件變形預(yù)測系統(tǒng)開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)113-115
• 5.3 基于ABAQUS二次開發(fā)變形仿真系統(tǒng)設(shè)計115-119
• 5.3.1 仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計116-117
• 5.3.2 仿真系統(tǒng)的開發(fā)流程117-119
• 5.4 復(fù)雜民機(jī)長梁結(jié)構(gòu)件加工變形分析實(shí)例119-127
• 5.4.1 民機(jī)長梁結(jié)構(gòu)件加工變形預(yù)測119-122
• 5.4.2 民機(jī)長梁結(jié)構(gòu)件加工過程剛度演變122-124
• 5.4.3 民機(jī)長梁結(jié)構(gòu)件多因素耦合作用變形分析124-127
• 5.5 本章小結(jié)127-129
• 第6章 結(jié)論與展望129-133
• 6.1 工作總結(jié)129-130
• 6.2 工作展望130-133
• 參考文獻(xiàn)133-141
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及參加科研項(xiàng)目141-143
• 致謝143-145
• 部分已發(fā)表英文論文145-164
• 學(xué)位論文評閱及答辯情況表164

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前6條

1 萬彩云;陳江華;楊修波;劉吉梓;伍翠蘭;趙新奇;;7xxx系A(chǔ)lZnMgCu鋁合金早中期時效強(qiáng)化析出相的研究[J];電子顯微學(xué)報;2010年05期

2 李堯;;飛機(jī)溫度環(huán)境適應(yīng)性要求分析和確定技術(shù)探討[J];裝備環(huán)境工程;2008年06期

3 孫杰,柯映林;殘余應(yīng)力對航空整體結(jié)構(gòu)件加工變形的影響分析[J];機(jī)械工程學(xué)報;2005年02期

4 王樹宏,左敦穩(wěn),王珉,王宗榮;改進(jìn)剝層應(yīng)變法測量鋁合金預(yù)拉伸厚板內(nèi)部殘余應(yīng)力分布(英文)[J];Transactions of Nanjing University of Aeronautics & Astronau;2004年04期

5 劉嘉辰;王金亮;陳慧琴;;高強(qiáng)鋁合金超厚板淬火殘余應(yīng)力及其冷壓縮消除過程分析[J];輕合金加工技術(shù);2014年09期

6 李培躍;熊柏青;張永安;李志輝;朱寶宏;王鋒;劉紅偉;;7050鋁合金淬火特性與微觀組織[J];中國有色金屬學(xué)報;2011年03期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 李桂華;復(fù)雜規(guī)則曲面機(jī)械零件的熱變形理論及應(yīng)用研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2006年

2 王中秋;航空整體結(jié)構(gòu)件加工變形滾壓校正理論及方法研究[D];山東大學(xué);2009年

3 金超;基于工況的數(shù)控加工熱誤差與切削振動預(yù)測方法研究[D];華中科技大學(xué);2011年

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本文編號：850883