基于残余应力的铝合金预拉伸板加工变形分析

发布时间：2017-10-14 09:36

  本文关键词：基于残余应力的铝合金预拉伸板加工变形分析

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【摘要】：加工变形问题一直是困扰中国乃至世界机体制造的难题,每年因为加工变形问题造成的损失数以十亿记,其中航空整体结构件的加工变形问题尤为突出。虽然近些年我国铝合金厚板的生产能力快速增加,但是存在加工变形和性能等方面的问题,致使我国在铝厚板生产过剩的同时需要进口航空级厚板。铝厚板材料去除引起的残余应力再平衡是航空整体结构件加工变形的重要因素,且铝厚板中的残余应力在其生产过程中形成,不受制造过程控制。因此,本文从铝厚板生产和材料去除引起的加工变形两方面进行分析。基于铝合金厚板和航空整体结构件的研究现状,借助实验测试、力学建模、数值模拟等手段,研究了铝厚板的淬火和预拉伸工艺,对残余应力释放引起的工件变形解析式进行推导,最后使用Python脚本语言在ABAQUS软件上对淬火和预拉伸仿真进行定制应用开发。主要的工作内容如下:1.将铝厚板假想的划分为若干层,以淬火残余应力为依据定义了等效塑性应变概念,并进行弹性模量和屈服应力不均匀求解式推导。对比解析式方法和实验测量方法得到的屈服应力分布曲线,两者误差在2%以内证明了等效塑性应变的可行性。此外,通过实验获得弹性模量-塑性应变数据并拟合成多项式曲线。进行了考虑屈服应力和弹性模量不均匀性的预拉伸率分别为1.8%、2.2%、2.5%的残余应力有限元仿真,改进后的仿真结果无论在趋势还是大小上相比于改进前结果均有很大提升。2.在残余应力释放引起的工件变形分析中,进行等效受力假设和等效轧制方向应力假设,以力学、几何和数学为基础对残余应力释放引起工件变形和再平衡后等效轧制方向应力的解析式进行推导。将解析式求得的结果和有限元仿真结果进行对比,二者结果十分相近证明论文中推导解析式的正确性。3.针对有限元仿真建模过程繁杂和淬火仿真中输入参数量大的问题,在ABAQUS软件上进行了定制应用程序开发,实现了淬火和预拉伸的有限元快速建模。并通过淬火和预拉伸仿真的实例操作,验证了定制应用程序的可靠性。
【关键词】：航空整体结构件 铝合金厚板 残余应力 加工变形 二次开发
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V261
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 绪论8-17
• 1.1 研究背景及意义8-9
• 1.2 研究现状9-13
• 1.2.1 铝厚板残余应力形成的研究9-11
• 1.2.2 航空整体结构件加工变形的研究11-12
• 1.2.3 基于Python的ABAQUS二次开发12-13
• 1.3 本文的研究目标、内容及方法13-15
• 1.3.1 研究目标13
• 1.3.2 研究内容13-14
• 1.3.3 研究方法14-15
• 1.4 论文框架与章节安排15-17
• 第2章 预拉伸消除淬火残余应力的仿真研究17-32
• 2.1 引言17
• 2.2 预拉伸降低残余应力的过程17-20
• 2.2.1 加载过程内应力变化17-19
• 2.2.2 卸载过程内应力变化19-20
• 2.3 预拉伸过程材料非均匀性分析机理20-24
• 2.3.1 等效淬火塑性应变20-21
• 2.3.2 弹性模量的非均匀性21-22
• 2.3.3 屈服极限的非均匀性22-23
• 2.3.4 推导公式的验证23-24
• 2.4 预拉伸的数值模拟24-31
• 2.4.1 材料参数25
• 2.4.2 弹性模量-塑性应变曲线测量试验25-27
• 2.4.3 仿真与试验结果对比分析27-31
• 2.5 本章小结31-32
• 第3章 残余应力释放引起的工件变形与应力再平衡32-49
• 3.1 引言32
• 3.2 推导过程中的基本假设32-36
• 3.2.1 等效受力假设32-35
• 3.2.2 等效轧制方向应力假设35-36
• 3.3 变形计算解析式推导与验证36-43
• 3.3.1 简单薄板类工件36-41
• 3.3.2 简单隔框类工件41-43
• 3.4 再平衡后等效轧制方向应力计算解析式推导与验证43-47
• 3.4.1 简单薄板类工件43-45
• 3.4.2 简单隔框类工件45-47
• 3.5 本章小结47-49
• 第4章 基于Python的ABAQUS淬火-预拉伸定制应用开发49-60
• 4.1 引言49
• 4.2 淬火仿真基本介绍49-50
• 4.3 定制应用开发50-55
• 4.3.1 内核部分51-52
• 4.3.2 用户图形界面部分52-55
• 4.4 定制应用操作实例55-59
• 4.4.1 淬火仿真操作56-57
• 4.4.2 预拉伸仿真操作57-58
• 4.4.3 仿真结果58-59
• 4.5 本章小结59-60
• 第5章 总结与展望60-63
• 5.1 总结60-62
• 5.2 展望62-63
• 参考文献63-67
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文67-68
• 攻读硕士学位期间参与的科研项目68-69
• 致谢69

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本文编号：1030357