發(fā)布時間：2020-04-08 12:14

【摘要】：現(xiàn)代飛機廣泛采用的鋁合金結(jié)構(gòu)件受多種加工因素的耦合影響,普遍存在不同程度、不同形式的變形超差問題,變形校正工藝是保證航空結(jié)構(gòu)件尺寸精度、實現(xiàn)低/無應(yīng)力裝配的有效手段。為避免反變形校正等傳統(tǒng)校正手段引入的表層拉應(yīng)力給工件疲勞壽命等性能指標帶來不利影響,可以在工件淺表層引入壓應(yīng)力的滾壓變形校正在航空工業(yè)得到重視并獲得應(yīng)用,是實現(xiàn)大長寬比薄壁結(jié)構(gòu)件變形校正的有效手段,引入的表面壓應(yīng)力在獲得工件尺寸精度的同時,提高工件疲勞壽命。然而,滾壓變形校正多依賴于工人經(jīng)驗和試錯法,缺乏有效的校正理論、操作規(guī)程及工藝體系指導(dǎo),質(zhì)量穩(wěn)定性差,嚴重制約了航空結(jié)構(gòu)件制造質(zhì)量與效率。為此,圍繞通過滾壓引入淺表層微塑性變形及其變形協(xié)調(diào)實現(xiàn)航空結(jié)構(gòu)件變形校正所涉及的科學(xué)問題,進行系統(tǒng)的理論、方法與工藝研究。本文以鋁合金7050-T7451為研究對象,開展?jié)L壓過程中材料基礎(chǔ)物理力學(xué)行為研究。首先開展薄壁結(jié)構(gòu)雙側(cè)滾壓試驗研究,揭示微觀組織結(jié)構(gòu)演變規(guī)律,闡明滾壓殘余應(yīng)力場形成機理。進而通過材料流變行為分析表面形貌、硬度變化特點,揭示滾壓對材料表面質(zhì)量完整性影響規(guī)律。借助ABAQUS軟件建立雙側(cè)滾壓有限元分析模型,并從應(yīng)變和應(yīng)力角度對模型進行驗證,進而對滾壓、裝夾釋放過程中的應(yīng)變-應(yīng)力-變形演變規(guī)律進行分析,發(fā)現(xiàn)滾壓導(dǎo)致的微塑性變形是結(jié)構(gòu)件產(chǎn)生形狀改變從而達到校正效果的內(nèi)在因素。從簡單結(jié)構(gòu)滾壓變形規(guī)律研究入手,逐步向復(fù)雜結(jié)構(gòu)件滾壓變形校正推進。首先對長梁結(jié)構(gòu)件截面特征進行分析,從滾壓變形校正角度對T型、U型截面進行表征。然后利用有限元手段,在獲得滾壓參數(shù)對典型T型結(jié)構(gòu)滾壓變形影響規(guī)律的基礎(chǔ)上,利用等效彎矩法分析滾壓對結(jié)構(gòu)件彎曲變形的影響,建立等效彎矩與滾壓參數(shù)和工件結(jié)構(gòu)參數(shù)的理論模型。最后將等效彎矩法用于滾壓校正載荷預(yù)測,開展T型結(jié)構(gòu)滾壓校正試驗,變形量平均降低73.6%,驗證了利用等效彎矩法預(yù)測簡單截面工件滾壓校正載荷的可行性和有效性。為實現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)件滾壓變形校正載荷的預(yù)測,從能量平衡角度出發(fā),通過建立彎曲變形工件所蘊含的應(yīng)變能與滾壓過程中外力做功的關(guān)系模型,獲得校正工件所需的外部能量輸入,進而獲得校正變形結(jié)構(gòu)件所需的校正力矩,實現(xiàn)滾壓校正載荷的預(yù)測。針對復(fù)雜結(jié)構(gòu)件滾壓變形校正仿真方法,采用直接應(yīng)力法建立加工變形一滾壓校正協(xié)同仿真環(huán)境,實現(xiàn)滾壓校正載荷準確性的快速評價。最后采用三隔框結(jié)構(gòu)件對載荷預(yù)測理論進行驗證,仿真獲得的變形量由0.321 mm降低到0.018 mm,變形消除率為94.5%,試驗變形量由0.333 mm降低到0.060 mm,變形消除率為82.0%。針對結(jié)構(gòu)不連續(xù)梁和應(yīng)力不連續(xù)梁的變形特征,提出以長梁結(jié)構(gòu)件變形撓曲線曲率特征為主、綜合考慮工件結(jié)構(gòu)和滾壓工藝要求的分段校正理論。以八隔框長梁結(jié)構(gòu)件為依托,圍繞滾壓校正過程中涉及的校正分段、載荷預(yù)測和校正順序等校正策略問題展開討論,著重分析“交替校正”順序下的結(jié)構(gòu)件變形演變規(guī)律,進而針對長梁結(jié)構(gòu)件提出優(yōu)化的“交替校正”策略,在保證校正質(zhì)量的前提下顯著提升校正效率。
【圖文】：

差）的缺點逡逑為了克服這一缺陷，基于路徑?jīng)Q定材料去除區(qū)域的“多步”仿真方法應(yīng)運而生。逡逑該方法利用機床的Ｇ代碼生成要去除區(qū)域的幾何形狀（圖１－２中框線），然后通過逡逑布爾運算實現(xiàn)去除區(qū)域的劃定［４３］。同時，該方法在仿真過程中也可以考慮裝夾因逡逑素的影響，與實際加工過程更接近。但該方法也面臨著去除材料后的網(wǎng)格重劃分和逡逑應(yīng)力、應(yīng)變數(shù)值在分析步之間傳遞時存在插值誤差等問題。逡逑１．邋“單步》：從毛坯到最終零件形狀逡逑Ｉ－．邋ｍ邐？方法：材料在一個分析步中去除。逡逑Ｉｓ！邐＾邐．優(yōu)點：簡單，，可預(yù)測趨勢。逡逑：＼＼邐？缺點：忽路徑和裝夾的？如向；對大變形預(yù)測精度低。逡逑２．邋“多步”：預(yù)定義材料去除區(qū)域邐？方法：預(yù)定義材料去除區(qū)域并依逡逑}岕：處理義R戰(zhàn)錐危矕ǎ沖危垮澹恚螅螅螅笤げ�。辶x蟼 ＿邋．一邋Ｂ邐？缺點：忽略路徑和裝夾的影響；逡逑ＢＩＢＭ邋ＪｆＫｔｍ邋ｐｍ邐ｆＰ＾１＾邐耿挪n,精度低。逡逑３．邋“多步”：路徑?jīng)Q定材料去除區(qū)域邐？方法：材料多步去除？，每步需網(wǎng)逡逑邐邋？邋邐邋？邐格重劃。逡逑＊廠￣￣１邋Ａ邋．N＾邋ｆ邋■邐？優(yōu)點：更逼真；考慮工件裝夾。逡逑■■■ｆ邋１——ｌ邐■？缺點：網(wǎng)格重劃存在d廖蟛睿誨義希保停洛澹穡攏繡危睿卞澹卞窩牧９談叢印ｅ五義賢跡保埠嬌戰(zhàn)峁辜庸け湫斡邢拊げ夥椒ǘ員齲郟擔(dān)蒎義希ǎ玻┰睪墑┘蛹際蹂義顯詡庸け湫畏掄嬖睪墑┘庸ぷ韃街�，主要考虑毛坯应力侯j邢髟睪傘ｅ義希跺義

本文編號：2619330