本文關(guān)鍵詞：TA15鈦合金薄壁錐筒件焊后熱處理校形數(shù)值模擬研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：TA15鈦合金是一種在航空上廣泛使用的中溫鈦合金,但由于鈦合金固有的高強(qiáng)度、低模量特性使得其在精密加工過程中的回彈現(xiàn)象嚴(yán)重。熱處理校形技術(shù)是一種基于高溫應(yīng)力松弛原理的精密熱處理技術(shù),其通過在高溫狀態(tài)下長時間保溫將工件內(nèi)部應(yīng)力松弛到極限,從而使工件在室溫時處于一個低應(yīng)力狀態(tài),極大減小了回彈的發(fā)生,成型精度大大提高。本文以航空上常用的TA15鈦合金焊接成型錐筒件為研究對象,對其焊后熱處理校形精度影響因素進(jìn)行了研究,并利用研究結(jié)果指導(dǎo)該錐筒件的熱處理校形工藝及模具尺寸設(shè)計。在本文中,首先在Abaqus有限元軟件中對TA15鈦合金錐筒件進(jìn)行了激光焊接數(shù)值模擬。在焊接過程模擬中,采用了模擬焊接金屬熔敷及連接的生死單元技術(shù),同時設(shè)置了隨單元生死的動態(tài)換熱表面,通過上述處理方法,驗證了已發(fā)表文獻(xiàn)關(guān)于鈦合金激光焊接的焊縫形狀及焊縫應(yīng)力分布,發(fā)現(xiàn)拋物線旋轉(zhuǎn)體熱源比雙橢球體熱源能更好地描述激光焊接熱源能量分布,同時也證明已建立激光焊接模擬模型的正確性。隨后,對TA15鈦合金錐筒件進(jìn)行激光焊接模擬,發(fā)現(xiàn)焊接殘余應(yīng)力場、變形場主要集中在距離焊縫中心10mm范圍內(nèi)的焊縫及焊接熱影響區(qū)。其中,殘余應(yīng)力值高達(dá)500至900MPa,綜合位移最大為2.8mm,縱向、徑向、橫向的單向最大位移依次為1.6mm、1.25mm、0.45mm。根據(jù)文獻(xiàn)中TA15合金600℃、650℃、700℃下的應(yīng)力松弛曲線,基于快速、過渡、緩慢松弛三階段建立了TA15合金在上述不同溫度下的本構(gòu)方程,并編寫相應(yīng)本構(gòu)關(guān)系子程序?qū)虢⒌母邷丨h(huán)狀應(yīng)力松弛模型進(jìn)行模擬,所得到的松弛瞬時應(yīng)力與文獻(xiàn)實驗結(jié)果吻合良好,同時卸載回彈量與理論計算值也高度吻合,證明TA15鈦合金本構(gòu)關(guān)系子程序編寫正確。利用驗證的應(yīng)力松弛本構(gòu)方程子程序研究預(yù)變形量、校形溫度、模具厚度、工件變形程度對校形精度的影響規(guī)律。結(jié)果發(fā)現(xiàn):隨室溫預(yù)變形量的增加,校形精度先增大后減小,最佳變形量為標(biāo)準(zhǔn)熱脹形時變形量;對于溫度及模具厚度來說,其值越大,校形精度越高,其中溫度影響顯著,模具厚度影響有限;工件變形程度對校形精度沒有影響。利用相應(yīng)結(jié)果及規(guī)律,指導(dǎo)設(shè)計熱處理校形工藝為溫度700℃、保溫5000s、預(yù)變形量為2.528×10-2×,并給出相應(yīng)模具尺寸的參數(shù),對焊后狀態(tài)的TA15鈦合金錐筒件進(jìn)行了熱處理校形,校形結(jié)果滿足工件加工精度要求。
【關(guān)鍵詞】：TA15鈦合金 激光焊接 應(yīng)力松弛 熱處理校形 有限元數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG441.8
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-23
• 1.1 課題研究意義及背景10-11
• 1.2 激光焊接特點及常用焊后熱處理工藝11-13
• 1.2.1 激光焊接原理及特點11-12
• 1.2.2 常用焊后熱處理工藝及特點12-13
• 1.3 鈦合金應(yīng)力松弛行為和熱校形研究13-15
• 1.3.1 應(yīng)力松弛及熱校形概念13
• 1.3.2 鈦合金應(yīng)力松弛性能及熱校形工藝研究13-15
• 1.4 有限元數(shù)值模擬技術(shù)研究現(xiàn)狀15-21
• 1.4.1 有限元思想及常用有限元模擬軟件介紹15-16
• 1.4.2 激光焊接數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀16-20
• 1.4.3 鈦合金熱處理數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀20
• 1.4.4 應(yīng)力松弛及熱校形數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀20-21
• 1.5 本課題主要研究內(nèi)容21-23
• 第2章 材料及研究方法23-36
• 2.1 研究思路及材料23-25
• 2.1.1 研究思路23-24
• 2.1.2 研究材料24-25
• 2.2 研究對象25-27
• 2.2.1 平板激光對接拼焊構(gòu)件25-26
• 2.2.2 TA15鈦合金薄壁錐筒件26
• 2.2.3 高溫環(huán)狀彎曲應(yīng)力松弛構(gòu)件26
• 2.2.41Cr18Ni9Ti鋼芯模構(gòu)件26-27
• 2.3 激光焊接熱源模型27-28
• 2.4 有限元溫度場數(shù)值數(shù)學(xué)模型28-32
• 2.4.1 有限元溫度場計算基本假設(shè)28
• 2.4.2 導(dǎo)熱微分控制方程及其初始、邊界條件確定28-31
• 2.4.3 瞬態(tài)溫度場有限元求解方法過程簡析31-32
• 2.5 有限元應(yīng)力應(yīng)變場數(shù)學(xué)模型32-34
• 2.5.1 有限元計算應(yīng)力應(yīng)變場基本假設(shè)32
• 2.5.2 熱彈性、彈塑性理論基本方程32-33
• 2.5.3 應(yīng)力松弛蠕變本構(gòu)方程33-34
• 2.5.4 瞬態(tài)應(yīng)力場有限元求解方法簡析34
• 2.6 溫度場與應(yīng)力應(yīng)變場耦合關(guān)系34-36
• 第3章 TA15薄壁錐筒件激光焊接過程模擬36-54
• 3.1 薄板激光對接拼焊模型驗證及焊接過程演化分析36-46
• 3.1.1 薄板激光對接拼焊有限元模型建立36-37
• 3.1.2 激光焊接熱源加載及其子程序解析37-38
• 3.1.3 不同焊接熱源類型薄板激光對接拼焊模擬驗證38-42
• 3.1.4 薄板激光對接拼焊溫度場、應(yīng)力應(yīng)變場演化分析42-46
• 3.2 TA15合金薄壁錐筒件激光焊接過程模擬46-52
• 3.2.1 TA15合金薄壁錐筒件激光焊接有限元模型建立46-47
• 3.2.2 TA15合金薄壁錐筒件焊接溫度場分布特點47-49
• 3.2.3 TA15合金薄壁錐筒件焊接應(yīng)力應(yīng)變場分布特點49-52
• 3.3 本章小結(jié)52-54
• 第4章 TA15合金高溫本構(gòu)關(guān)系及模擬驗證54-67
• 4.1 TA15鈦合金高溫應(yīng)力松弛本構(gòu)方程建立54-59
• 4.1.1 TA15鈦合金高溫應(yīng)力松弛曲線描述54-55
• 4.1.2 TA15鈦合金高溫應(yīng)力松弛本構(gòu)方程建立55-57
• 4.1.3 TA15鈦合金高溫應(yīng)力松弛本構(gòu)方程軟件實現(xiàn)57-59
• 4.2 TA15鈦合金應(yīng)力松弛本構(gòu)關(guān)系有限元模擬驗證59-65
• 4.2.1 環(huán)狀高溫應(yīng)力松弛有限元模型建立59-60
• 4.2.2 TA15高溫環(huán)狀應(yīng)力松弛模型有限元模擬結(jié)果分析60-65
• 4.3 本章小結(jié)65-67
• 第5章 TA15合金薄壁錐筒件校形工藝研究67-87
• 5.1 TA15合金熱處理校形影響因素研究67-81
• 5.1.1 模擬方案制定67-70
• 5.1.2 二維熱校形有限元模擬模型建立70-71
• 5.1.3 預(yù)變形量對TA15合金熱處理校形精度的影響71-74
• 5.1.4 校形溫度對TA15合金熱處理校形精度的影響74-77
• 5.1.5 工件變形程度對TA15合金熱處理校形精度的影響77-79
• 5.1.6 模具厚度對TA15合金熱處理校形精度的影響79-81
• 5.2 TA15合金錐筒件三維熱處理校形過程模擬81-86
• 5.2.1 熱校形模具半徑計算81-82
• 5.2.2 TA15錐筒件校形熱處理模擬模型建立82-83
• 5.2.3 TA15錐筒件熱處理校形過程溫度場、應(yīng)力場及回彈分析83-86
• 5.3 本章小結(jié)86-87
• 結(jié)論87-88
• 參考文獻(xiàn)88-92
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果92-94
• 致謝94

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 陳春奎;黃永堅;王以t

本文編號：353651