【摘要】：鋁合金整體壁板因具有重量輕、比強度高、剛性好的優(yōu)點,成為現(xiàn)代飛機和高速飛行器廣泛使用的一類輕量化承載零件,其成形質量是衡量航空技術水平的重要標志之一。目前工業(yè)生產中通常采用增量壓彎、時效蠕變、噴丸等方式成形整體壁板,加工生產周期長、成形精度不好保證。作為一種柔性成形方法,多點成形用于鋁合金整體壁板成形是一種有意義的探索。在多點對壓成形鋁合金整體壁板過程中,變形量較大時腹板和筋條會發(fā)生開裂,導致整塊板坯報廢。本文旨在研究鋁合金整體壁板多點壓彎成形中筋條、腹板斷裂的預測問題,探索抑制斷裂的措施。本文的主要研究內容和結論如下:1.不同應力狀態(tài)的鋁合金韌性斷裂預測選用可表征壁板成形中拉伸和剪切效應的韌性斷裂準則。通過對比分析確定以應力三軸度作為材料應力狀態(tài)的表征參數(shù),設計了四類具有不同缺口尺寸的拉伸試樣,分析了各試樣斷裂區(qū)域的應力三軸度變化情況。運用韌性斷裂準則預測了不同試樣的斷裂位置以及標距段斷裂位移,并與單向拉伸試驗結果對比,結果表明韌性斷裂準則在整個拉剪應力范圍內預測準確。2.典型筋條結構試件的多點成形斷裂預測建立了I型、T型、十字型、平行和井字型筋條試件的多點壓彎成形有限元模型。運用韌性斷裂準則對五種筋條試件的斷裂行為進行預測,并進行了多點壓彎試驗,對比分析結果顯示預測的試件斷裂位置與試驗基本一致,啟裂時刻對應的上模臨界下壓量與試驗相比,誤差在10%以內。基于韌性斷裂機制與應力三軸度的演化歷程,分析了不同形式筋條斷裂的主導因素,結果表明,I型和十字型筋條為拉伸作用主導的斷裂,T型、平行和井字型筋條為剪切作用主導的斷裂。3.筋條試件斷裂抑制方法研究以I型、T型、十字型、平行和井字型筋條試件為例,探討了填料種類和變形量對斷裂的影響規(guī)律。變形量過大,五種筋條試件都產生斷裂,無法一次成形。針對上述問題,采用多道次多點成形和連續(xù)加載成形方式。結果表明,成形道次越多,試件越不易發(fā)生斷裂,但加工硬化現(xiàn)象嚴重;與等差半徑路徑成形相比,采用等差曲率路徑成形的試件韌性斷裂準則積分值較小;采用上、下沖頭路徑可調的連續(xù)加載成形方式,可以最大程度降低裂紋出現(xiàn)的幾率和延緩啟裂時刻。4.成形參數(shù)對整體壁板斷裂的影響利用有限元數(shù)值模擬分析了成形方式、沖頭尺寸、沖頭排布方式等成形參數(shù)對整體壁板多點壓彎成形斷裂的影響。結果表明,多點壓彎成形方式可分散集中載荷,減小整體壁板出現(xiàn)斷裂的幾率;沖頭尺寸越小,整體壁板越不易發(fā)生斷裂,啟裂時刻越向后推遲;采用上、下沖頭交錯排列的非對稱多點模具排布方式,可降低韌性斷裂準則積分值,提高壁板成形質量。
【圖文】：

圖 1.1A380 機身整體壁板分布情況Fig.1.1 Distribution of integral panels in A380體壁板的優(yōu)點如下[1,3,4]：1）減重效果顯著：鉚釘、螺釘?shù)攘慵昧恳约敖宇^數(shù)量減少，減重30%。2）燃油艙段油箱的密封性強，滲漏幾率小。3）疲勞壽命長：采用等強度設計，壁板可承受較高的壓縮屈服載荷，疲0%~30%。4）生產效率高：減少了 67%的人工裝配量，使生產周期縮減 90%。5）飛機性能好：無任何機械連接的方式使得壁板外形尺寸準確，保證了外表面光滑過渡，減小了飛行阻力。體壁板壓彎成形技術研究現(xiàn)狀

圖 1.2 整體壁板壓彎成形Fig.1.2 Press bend forming of integral panels整體壁板壓彎成形制造方面，，美國、俄羅斯、中國均已投入到實際生產雅圖公司采用壓彎成形技術制造的整體壁板成功運用在波客 A380 上；美采用三點彎曲成形技術制造了商用運輸飛機機身的“整體加筋”結構[8]；彎成形技術制造了蘇-27、蘇-30 等第三、四代飛機中的大量高筋條整體，殲 11 整體壁板以及運-8 運輸機的機翼均采用壓彎成形技術制造。整體壁板壓彎成形設備方面，國內外都投入了大量的資金和精力。美國門成形整體壁板的大型壓彎模具——威爾遜壓彎機，其獨特之處在于設模具和壓彎凸模形狀，可巧妙避開筋條直接成形壁板并使每次壓出工件續(xù)。俄羅斯的壓彎成形設備一直處于領先地位，推動了增量壓彎成形自的發(fā)展[9]，研制了具有自適應系統(tǒng)的∏∏-250 和 C∏∏-250 壓床設備。該模具可在空間內進行多維運動、能夠進行回彈量自動化測定與修整、可
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TG146.21

【參考文獻】

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本文編號：2668201