加筋板具有結(jié)構(gòu)完整性好、密封性能好、零件數(shù)目少、連接裝配工作量小、剛度好等優(yōu)點,是工程中比較好的輕量化結(jié)構(gòu),被廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。采用傳統(tǒng)噴丸成形加筋板時,存在無法滿足復雜雙曲率外型以及區(qū)域彎量變形量不足等問題,亟需開展加筋板新型噴丸成形工藝研究。超聲波噴丸技術(shù)作為一種新型噴丸工藝,可以獲得比傳統(tǒng)噴丸更大更深的殘余壓應(yīng)力場,提高加筋板的成形量,板材成形后的綜合性能好,但在自由狀態(tài)下,超聲波噴丸成形也會發(fā)生球面變形趨勢及變形量不足等問題,預(yù)應(yīng)力噴丸成形能改善球面變形趨勢,提高成形量。本文結(jié)合預(yù)應(yīng)力和超聲波噴丸成形兩種方法的成形優(yōu)勢,對加筋板預(yù)應(yīng)力超聲波噴丸的成形過程進行了研究和試驗,主要研究工作如下:(1)基于Hertz碰撞理論,研究超聲波噴丸過程中板料的變形和受力情況,探討彈塑性變形前后凹坑直徑、凹坑深度和沖擊力的大小以及回彈后殘余應(yīng)力沿深度方向的分布關(guān)系,分析自由狀態(tài)和預(yù)彎狀態(tài)下殘余應(yīng)力的產(chǎn)生過程以及板件彎曲變形與殘余應(yīng)力場的關(guān)系。(2)研究了在展向噴丸軌跡下,有無筋對板材弦向和展向成形曲率半徑的影響;其次研究預(yù)彎曲率半徑對加筋板成形曲率半徑的影響;最后研究自由狀態(tài)和不同預(yù)彎曲率半徑下撞針速度、偏置距離、噴丸區(qū)域?qū)挾鹊裙に噮?shù)對加筋板成形曲率半徑的影響,引入Ry/Rx,比較自由狀態(tài)和施加不同預(yù)彎曲率半徑下噴丸工藝參數(shù)對改善球面變形的影響。(3)通過試驗研究加筋板預(yù)應(yīng)力超聲波噴丸后的表面層性能,重點分析不同噴丸參數(shù)對加筋板試件的表面形貌、表面粗糙度、表面硬度以及殘余應(yīng)力場的影響。(4)在ABAQUS軟件中建立加筋板預(yù)應(yīng)力超聲波噴丸有限元數(shù)值模型,分析了不同工藝參數(shù)對加筋板成形曲率和殘余應(yīng)力場的影響,對比分析試驗數(shù)據(jù)和模擬結(jié)果數(shù)據(jù),兩者相差較小,說明了數(shù)值模型建立的準確性,為研制開發(fā)機翼加筋板預(yù)應(yīng)力超聲波噴丸成形提供了理論和工藝數(shù)據(jù)支持。
【學位單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TG66
【部分圖文】：

(b) 撞針式超聲波噴丸裝置圖 1. 1 超聲波噴丸裝置噴丸技術(shù)作為具有很好應(yīng)用前景的表面強化、板料成形和校形技術(shù)，相藝方法而言，具有以下優(yōu)勢：聲波噴丸可以產(chǎn)生比傳統(tǒng)機械噴丸更大的壓應(yīng)力，更深的壓應(yīng)力層，形定厚度的納米層，實現(xiàn)薄板更大的成形量和校形量和對厚度更大板料和校形的同時提高成形件或校形件的疲勞壽命。聲波噴丸通常用尖端曲率半徑較小的撞針作為介質(zhì)，其撞針的材料一般硬度要比傳統(tǒng)噴丸的彈丸的要高，撞針直徑較彈丸更大。超聲波噴丸時零件表面可以一直保持 90°，可以使受噴零件表面受到的撞擊更為均的表面粗糙度值相對傳統(tǒng)噴丸更小。聲波設(shè)備簡單，成本低，其發(fā)生裝置尺寸小，能源消耗�。徊僮骱唵蜗拗�；噴丸過程綠色無污染，采用的撞針式噴丸介質(zhì)，噴丸后無需對介撞針不易磨損，磨損后的更換也方便快捷。聲波噴丸參數(shù)可控性好，通過編程可以精確控制噴丸撞擊的位置，從而

后板材受到撞針或者彈丸的猛烈的撞擊，會在板材表面產(chǎn)生沖大，由于板材受到撞針的高頻沖擊，板材表層發(fā)生劇烈的塑性切向滑移，位錯密度得到提高，晶粒得到極大細化，在板材表層，顯著提高了受噴零件的耐磨損、耐腐蝕以及疲勞性能[11-12]史學剛等人采用試驗方法對 2024T351 鋁合金進行數(shù)控超聲波噴形件表面層性能的影響規(guī)律，定性地探討了噴丸后成形件表面形件表面形成了近 300μm 的硬化層，表面的顯微硬度增大了 20糙度增大，偏置距離對成形件表面粗糙度有著很大的影響，超的影響，如圖 1.2 所示[13]。（a）電流 （b）成形軌跡間距

加筋板預(yù)應(yīng)力超聲波噴丸成形工藝研究彈丸的有限元數(shù)值模型來研究噴丸區(qū)域的塑形應(yīng)變，提出了一種預(yù)測多彈丸噴丸后表面形數(shù)值算法[14]。2015 年，Rousseau T 等人[15]采用不同的彈丸數(shù)量對 690 鉻鎳鐵合金進行超聲波噴丸，研同彈丸數(shù)量對噴丸后板材表面受噴彈坑及其彈坑深度的影響，之后采用離散元與有限元相成功地對該過程進行模擬。結(jié)果表明：隨著彈丸數(shù)的增加，噴丸次數(shù)增加，彈丸沖擊速度，彈坑的平均深度隨之減小。2016 年，Li L 等人[16]試驗研究了超聲波噴丸次數(shù)對 SUS301 不銹鋼顯微硬度和表面粗糙影響，得出：隨著噴丸次數(shù)的增加，零件的表層顯微硬度提高，零件的表面粗糙度隨之減小次噴丸后，表面粗糙度從 0.694μm 降低到 0.112μm，表面顯微硬度從 257.32 HV 增加到 428V，表面形貌隨噴丸次數(shù)的變化，如圖 1.3 所示。劇烈的塑性變形使得材料表面的馬氏體的數(shù)增加，經(jīng)過三次噴丸的表面比未經(jīng)處理的表面具有更好的耐磨性。
【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

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本文編號：2880618