基于ABAQUS的7075铝合金FSW构件蠕变时效成形模拟与回弹研究

发布时间：2020-05-05 01:05

【摘要】：随着航空产业的高速发展,传统铆接方式装配的飞机结构被大型整体壁板取代,从而蠕变时效成形技术孕育而生。筋板类整体壁板在飞机的机翼与机身上有着大量的使用,现阶段大型整体壁板的筋板结构大都是采用铣削加工而成,然而该方式不仅材料利用率低和加工周期长。面向高效率焊接技术的整体焊接壁板件的时效成形技术可以广泛地运用于飞机制造中,所以基于搅拌摩擦焊—时效成形复合工艺的整体筋板结构是降低飞机制造成本的一个重要发展方向,也对提高整体筋板结构件的成形性能具有重要的应用价值。本文以典型航空7075-T651态铝合金为研究对象,在CSS-3905蠕变拉伸试验上机进行恒温(180℃)与恒应力(130MPa和160MPa)下蠕变单轴拉伸,通过蠕变拉伸数据计算出时间硬化蠕变本构模型的参数,将蠕变本构的拟合数据与试验数据进行误差分析,验证了时间硬化本构模型的准确性,说明该时间硬化蠕变本构模型可以很好地描述180℃下7075铝合金的蠕变行为。选取了整体筋板结构中的T型结构为研究对象,基于弯曲成形理论进行T型结构的力学特征和定性的回弹分析,依靠ABAQUS有限模拟分析软件,采用ABAQUS自带Tie(绑定)约束将壁板与筋条连接在一起,建立了T型FSW构件蠕变时效成形有限元模拟模型,通过理论分析与试验验证的手段证明了T型FSW构件蠕变时效成形有限元模拟模型的适用性与准确性,然后进行T型FSW构件的蠕变时效成形过程模拟与试验。基于模拟结果对T型FSW构件蠕变时效成形过程中的应力、蠕变和回弹进行分析,同时分析不同时效工艺参数(模具半径、时效时间和加载压力)和T型构件的几何尺寸(壁板厚度、筋板的高厚比)对T型FSW构件回弹的影响,获得了上述参数下T型FSW构件的蠕变时效变形规律。基于模具型面几何节点位移补偿修正法提出了T型FSW构件的蠕变时效成形回弹补偿原理,依靠ABAQUS有限元分析平台,建立了实际蠕变时效成形有限元模拟模型,进行了T型FSW构件蠕变时效成形的回弹模拟分析,并且完成该过程中T型FSW构件外形虚拟修正迭代,优化了T型FSW构件蠕变时效成形时的模具型面,同时验证了T型FSW构件蠕变时效成形回弹补偿原理的可行性。
【图文】：

素添加更加合理，稀土元素高效的使用，使得合耐腐蚀性能与淬火敏感性得到改善；热处理方面时效，发展到后来 T73、T76 到 T74 双级时效，，到），热处理使材料综合性能得到大大的改善。蠕变特征）一般是指材料在高温和低于材料宏观屈服极限应3]，其间伴随着加工硬化和回复软化过程。金属在关系曲线，即蠕变曲线，如图 1-1 所示。蠕变可分的变形抗力比较小，因此蠕变速率比较大，但随降低，这称为减速蠕变阶段；当材料加工硬化的变速率趋于一个常数，这称为稳态蠕变阶段；随加工硬化速率时，内部蠕变空洞、应力集中和材变速率逐渐增大，这称为蠕变加速阶段。

溶质原子易在位错周围偏聚而形成柯氏为位错的粘滞性；第二类是溶质与位错弹性交互作用以形成柯氏气团，对位错阻碍较小，位错滑移速率较制。因此溶质与溶剂的原子半径相差越大，弹性模量性交互作用能也越大，越容易出现第一类蠕变行为。蠕变行为在蠕变第一阶段区别非常明显。第一类蠕变，在蠕变第一阶段缓慢地增加至稳态。因为受位错粘形成亚结构，故大部分为可动位错，根据Orowan[15]关系v 为位错滑移速率，m为位错密度）可知：随着可动加。相对地，第二类蠕变行为在初期蠕变速率很大，[16]。这是因为初期位错快速滑移并逐渐相互缠结形成如图 1-2 所示[17]为不同成分的合金在蠕变第一阶段过楚地看出两种蠕变行为的区别。Mg 含量较高（>3％为特征，Mg 含量较低时是呈现出第二类蠕变行为。
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V252.2;TG146.21;TG156.92

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本文编号：2649270