【摘要】：鋁合金整體壁板因具有重量輕、比強(qiáng)度高、剛性好的優(yōu)點(diǎn),成為現(xiàn)代飛機(jī)和高速飛行器廣泛使用的一類輕量化承載零件,其成形質(zhì)量是衡量航空技術(shù)水平的重要標(biāo)志之一。目前工業(yè)生產(chǎn)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(chǎn)周期長、成形精度不好保證。作為一種柔性成形方法,多點(diǎn)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(diǎn)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(dǎo)致整塊板坯報(bào)廢。本文旨在研究鋁合金整體壁板多點(diǎn)壓彎成形中筋條、腹板斷裂的預(yù)測問題,探索抑制斷裂的措施。本文的主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:1.不同應(yīng)力狀態(tài)的鋁合金韌性斷裂預(yù)測選用可表征壁板成形中拉伸和剪切效應(yīng)的韌性斷裂準(zhǔn)則。通過對比分析確定以應(yīng)力三軸度作為材料應(yīng)力狀態(tài)的表征參數(shù),設(shè)計(jì)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(yīng)力三軸度變化情況。運(yùn)用韌性斷裂準(zhǔn)則預(yù)測了不同試樣的斷裂位置以及標(biāo)距段斷裂位移,并與單向拉伸試驗(yàn)結(jié)果對比,結(jié)果表明韌性斷裂準(zhǔn)則在整個拉剪應(yīng)力范圍內(nèi)預(yù)測準(zhǔn)確。2.典型筋條結(jié)構(gòu)試件的多點(diǎn)成形斷裂預(yù)測建立了I型、T型、十字型、平行和井字型筋條試件的多點(diǎn)壓彎成形有限元模型。運(yùn)用韌性斷裂準(zhǔn)則對五種筋條試件的斷裂行為進(jìn)行預(yù)測,并進(jìn)行了多點(diǎn)壓彎試驗(yàn),對比分析結(jié)果顯示預(yù)測的試件斷裂位置與試驗(yàn)基本一致,啟裂時刻對應(yīng)的上模臨界下壓量與試驗(yàn)相比,誤差在10%以內(nèi)�；陧g性斷裂機(jī)制與應(yīng)力三軸度的演化歷程,分析了不同形式筋條斷裂的主導(dǎo)因素,結(jié)果表明,I型和十字型筋條為拉伸作用主導(dǎo)的斷裂,T型、平行和井字型筋條為剪切作用主導(dǎo)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(chǎn)生斷裂,無法一次成形。針對上述問題,采用多道次多點(diǎn)成形和連續(xù)加載成形方式。結(jié)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(yán)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(zhǔn)則積分值較小;采用上、下沖頭路徑可調(diào)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(diǎn)壓彎成形斷裂的影響。結(jié)果表明,多點(diǎn)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(diǎn)模具排布方式,可降低韌性斷裂準(zhǔn)則積分值,提高壁板成形質(zhì)量。
【圖文】：

圖 1.1A380 機(jī)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(diǎn)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(qiáng)，滲漏幾率小。3）疲勞壽命長：采用等強(qiáng)度設(shè)計(jì)，壁板可承受較高的壓縮屈服載荷，疲0%~30%。4）生產(chǎn)效率高：減少了 67%的人工裝配量，使生產(chǎn)周期縮減 90%。5）飛機(jī)性能好：無任何機(jī)械連接的方式使得壁板外形尺寸準(zhǔn)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(shù)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(shí)際生產(chǎn)雅圖公司采用壓彎成形技術(shù)制造的整體壁板成功運(yùn)用在波客 A380 上；美采用三點(diǎn)彎曲成形技術(shù)制造了商用運(yùn)輸飛機(jī)機(jī)身的“整體加筋”結(jié)構(gòu)[8]；彎成形技術(shù)制造了蘇-27、蘇-30 等第三、四代飛機(jī)中的大量高筋條整體，殲 11 整體壁板以及運(yùn)-8 運(yùn)輸機(jī)的機(jī)翼均采用壓彎成形技術(shù)制造。整體壁板壓彎成形設(shè)備方面，國內(nèi)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(jī)，其獨(dú)特之處在于設(shè)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(shè)備一直處于領(lǐng)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(yīng)系統(tǒng)的∏∏-250 和 C∏∏-250 壓床設(shè)備。該模具可在空間內(nèi)進(jìn)行多維運(yùn)動、能夠進(jìn)行回彈量自動化測定與修整、可
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG146.21

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2668201