本文關(guān)鍵詞：鈦合金預(yù)應(yīng)力砂帶磨削基礎(chǔ)理論及實(shí)驗(yàn)研究

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【摘要】：鈦合金因其具有高強(qiáng)度、耐蝕性好、高耐熱性等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛用于航空航天、船舶、高鐵等高精尖領(lǐng)域。隨著航空航天事業(yè)的迅速發(fā)展進(jìn)步,對鈦合金制成的關(guān)鍵零部件提出了更高的要求。如何使鈦合金制成的零部件具有高服役性、高強(qiáng)度、高可靠度成為各國科學(xué)家研究的重點(diǎn)。長期的研究和實(shí)踐表明,零部件的壽命和可靠性與零件表面殘余應(yīng)力有著密不可分的關(guān)系。而常規(guī)加工后的零件表面殘余應(yīng)力基本呈現(xiàn)拉應(yīng)力狀態(tài),這種狀態(tài)對壽命和可靠性具有不利影響。因而,研究機(jī)械加工過程中表面殘余應(yīng)力分布以及鈦合金的加工工藝方法對表面殘余應(yīng)力的影響有著重要的意義。砂帶磨削是一種柔性磨削,因其在加工后可獲得較好的表面質(zhì)量,已經(jīng)在航空發(fā)動機(jī)葉片、機(jī)匣加工上得到廣泛應(yīng)用。雖然能在加工表面形成殘余壓應(yīng)力狀態(tài),但在高服役性方面還存在著不足。因此,本文在結(jié)合常規(guī)砂帶柔性磨削的特點(diǎn)上,提出預(yù)應(yīng)力狀態(tài)下的砂帶磨削工藝,旨在通過預(yù)應(yīng)力砂帶磨削控制和形成鈦合金表面殘余應(yīng)力壓應(yīng)力狀態(tài),實(shí)現(xiàn)更好地提高鈦合金零件的疲勞壽命。本文將開展了以下工作:基于鈦合金預(yù)應(yīng)力砂帶磨削的理論分析,建立預(yù)應(yīng)力砂帶磨削鈦合金有限元仿真模型。通過數(shù)值模擬,研究預(yù)應(yīng)力、砂帶線速度、磨削壓力等工藝參數(shù)對表面殘余應(yīng)力分布狀態(tài)的影響規(guī)律。在上述理論研究的基礎(chǔ)上,研制一套預(yù)應(yīng)力加載裝置,根據(jù)CCF響應(yīng)曲面試驗(yàn)方法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,為下一步Ti-6Al-4V預(yù)應(yīng)力砂帶磨削實(shí)驗(yàn)提供基礎(chǔ)。在已有的預(yù)應(yīng)力砂帶磨削實(shí)驗(yàn)平臺上進(jìn)行磨削實(shí)驗(yàn)。通過X射線衍射分析并計(jì)算出表面殘余應(yīng)力大小,分析預(yù)應(yīng)力、砂帶線速度、磨削壓力對表面殘余應(yīng)力分布的影響,驗(yàn)證仿真模型的準(zhǔn)確性。在此基礎(chǔ)上,基于響應(yīng)曲面試驗(yàn)法建立表面表層殘余應(yīng)力的預(yù)測模型,為今后的預(yù)應(yīng)力鈦合金砂帶磨削提實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)。
【關(guān)鍵詞】：表面殘余應(yīng)力 鈦合金 砂帶磨削 預(yù)應(yīng)力加工 有限元分析
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG580.619.2
【目錄】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-9
• 1 緒論9-21
• 1.1 課題研究的背景9-11
• 1.2 鈦合金加工國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-16
• 1.2.1 鈦合金常規(guī)加工研究現(xiàn)狀11-14
• 1.2.2 砂帶磨削鈦合金研究現(xiàn)狀14-16
• 1.3 抗疲勞加工技術(shù)16-19
• 1.3.1 抗疲勞加工技術(shù)概述16-17
• 1.3.2 預(yù)應(yīng)力加工技術(shù)17-19
• 1.4 課題來源及本文的主要研究內(nèi)容19-21
• 1.4.1 課題來源19
• 1.4.2 本文的主要研究的意義和內(nèi)容19-21
• 2 鈦合金預(yù)應(yīng)力砂帶磨削理論研究21-27
• 2.1 砂帶磨削殘余應(yīng)力形成機(jī)理21-24
• 2.1.1 溫度場的影響21-22
• 2.1.2 磨削力的影響22-23
• 2.1.3 組織相變的影響23-24
• 2.2 預(yù)應(yīng)力砂帶磨削鈦合金表面殘余應(yīng)力形成機(jī)理24-25
• 2.3 預(yù)應(yīng)力砂帶磨削理論分析25-26
• 2.3.1 預(yù)應(yīng)力砂帶磨削特點(diǎn)25-26
• 2.3.2 預(yù)應(yīng)力砂帶磨削加載方式26
• 2.4 本章小結(jié)26-27
• 3 鈦合金預(yù)應(yīng)力砂帶磨削數(shù)值模擬27-41
• 3.1 預(yù)應(yīng)力砂帶磨削有限元數(shù)值模擬方法27-28
• 3.2 預(yù)應(yīng)力砂帶磨削數(shù)學(xué)模型的理論分析28-32
• 3.2.1 砂帶磨削溫度場數(shù)學(xué)模型28-30
• 3.2.2 材料的本構(gòu)方程30-31
• 3.2.3 基本假設(shè)31
• 3.2.4 耦合順序31-32
• 3.3 預(yù)應(yīng)力砂帶磨削仿真建模32-34
• 3.3.1 模型的建立32-33
• 3.3.2 網(wǎng)絡(luò)劃分及約束33-34
• 3.3.3 單元類型34
• 3.3.4 載荷施加34
• 3.4 表面殘余應(yīng)力仿真結(jié)果分析34-40
• 3.4.1 磨削壓力對表面殘余應(yīng)力的影響34-36
• 3.4.2 砂帶線速度對表面殘余應(yīng)力的影響36-38
• 3.4.3 預(yù)應(yīng)力對表面殘余應(yīng)力的影響38-40
• 3.5 本章小結(jié)40-41
• 4 鈦合金預(yù)應(yīng)力砂帶磨削實(shí)驗(yàn)裝置研制41-53
• 4.1 預(yù)應(yīng)力磨削裝置41-48
• 4.1.1 砂帶磨削機(jī)床的選擇41-43
• 4.1.2 加載裝置方案設(shè)計(jì)43-46
• 4.1.3 螺紋預(yù)緊加載計(jì)算46-47
• 4.1.4 鈦合金試驗(yàn)工件設(shè)計(jì)47-48
• 4.2 預(yù)應(yīng)力砂帶磨削實(shí)驗(yàn)方案48-51
• 4.2.1 預(yù)應(yīng)力砂帶磨削實(shí)驗(yàn)材料選擇48
• 4.2.2 預(yù)應(yīng)力砂帶磨削實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)48-51
• 4.3 本章小結(jié)51-53
• 5 鈦合金預(yù)應(yīng)力砂帶磨削實(shí)驗(yàn)研究53-67
• 5.1 殘余應(yīng)力檢測及結(jié)果53-54
• 5.1.1 殘余應(yīng)力檢測53-54
• 5.1.2 殘余應(yīng)力的分布54
• 5.2 實(shí)驗(yàn)參數(shù)對表面殘余應(yīng)力的影響規(guī)律研究54-57
• 5.2.1 磨削壓力對表面殘余應(yīng)力的影響54-57
• 5.2.3 預(yù)應(yīng)力對表面殘余應(yīng)力的影響57
• 5.3 表面殘余應(yīng)力試驗(yàn)結(jié)果分析57-64
• 5.3.1 表面殘余應(yīng)力預(yù)測公式57-59
• 5.3.2 表面殘余應(yīng)力顯著性分析59-61
• 5.3.3 表面殘余應(yīng)力響應(yīng)曲面分析61-64
• 5.4 預(yù)應(yīng)力砂帶磨削對表面完整性的影響64-66
• 5.4.1 表面粗糙度的影響64
• 5.4.2 表面微觀形貌的影響64-65
• 5.4.3 表面硬度的影響65-66
• 5.5 本章小結(jié)66-67
• 6 結(jié)論與展望67-69
• 6.1 全文總結(jié)67-68
• 6.2 研究展望68-69
• 致謝69-71
• 參考文獻(xiàn)71-75
• 附錄75
• A. 作者在攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文與申請專利目錄75
• B. 作者在攻讀學(xué)位期間參與的科研項(xiàng)目目錄75

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本文編號：672605