7075铝合金双曲率构件时效成形规律及有限元分析

发布时间：2020-05-25 03:03

【摘要】：随着现代飞机不断向整体性、长寿命和轻量化的方向发展,整体壁板逐渐取代传统的铆接式壁板,成为现代飞机结构设计的关键构件,而时效成形技术为该类构件的成形提供了一条有效途径。本文以典型航空高强7075-T651态铝合金为研究对象,通过试验和有限元模拟的方法对其双曲率构件的时效成形规律进行了研究。通过自行设计加工的导柱式工装进行时效成形试验,研究了双曲率构件的时效成形规律。通过正交试验探讨不同工艺参数对回弹影响的主次顺序,以及在该研究范围内的最佳工艺参数。经极差分析和方差分析得到以下结论,时效温度为最主要因素,时效时间和试样厚度为次要因素,试样宽度影响最小;该研究范围内的最佳工艺参数为:时效温度180℃,时效时间12h,试样厚度3mm,试样宽度70mm。在正交试验结论的基础上,选取主要因素进行双曲率构件时效成形试验,研究了其对回弹的影响规律。对比研究了不同时效时间下的单、双曲率构件时效成形规律,发现双曲率构件时效成形的成形效果要好于单曲率构件时效成形,两个方向上弯曲应力的耦合作用会对回弹产生抑制作用。选取合适的蠕变本构模型,通过蠕变拉伸试验拟合本构模型的参数,试验曲线和推导出本构方程的拟合曲线吻合度较好,符合实际工程应用。在推导的本构模型基础上,基于ABAQUS建立双曲率构件时效成形的有限元模型并通过试验验证,回弹率的试验值和模拟值吻合度较高,建立的模型能够较好的描述7075铝合金双曲率构件的时效成形过程。针对7075铝合金双曲率构件的时效成形过程进行有限元分析,获得了时效成形过程中Mises等效应力、创建路径上的应力、蠕变应变和回弹的演变过程以及分布情况;发现时效前4h的应力松弛速率和蠕变速率最快,达到了整个时效过程的一半以上;整个时效阶段,反面中心处的蠕变量最大。通过回弹模拟,获得了不同工艺参数(时效时间、板材厚度、板材宽度、模具半径、加载压力)下双曲率构件时效成形的回弹规律;并对不同板材厚度下单、双曲率构件的回弹规律进行对比研究。
【图文】：

使金属材料强度发生变化。与传统冷加工塑性形、降低制造成本、零件不易破裂的优点[32-33]。过程及原理4-37]是指在一定的人工时效温度下，通过铝合金在性，首先把零件放在模具中并施加一定的加载力加热一段时间，，在这期间，由于应力松弛的特性铝一定程度的永久变形。当温度降低到室温后，再具凸模卸载取出零件，由于残余应力的存在零件会久变形的铝合金工件。效成形工艺[38-42]的过程可分为加载、时效、卸载属的蠕变和应力松弛，图 1-1 为典型的应力松弛曲要影响因素，一般而言，材料在应力和温度较大反之，如果材料在应力和温度较小的环境下，蠕

及制造成本[44]。针对以上这些问题，未来时效可调节适用于多种型面零件的方向发展。目前，时效成形工装：装是一种简易的时效成形工装，原理是通过外部施和应力松弛进而达到时效成形的目的，操作较简式工装以及整体连续式工装[45]。为点阵式可调工装。此工装可以通过调节多个型面，这种工装可以实现用一套工装制造不同型点。但该工装也有明显的缺点，由于通过点阵施的力是不均匀的，可能会影响工件的成形效果。效成形工件的型面，调节不同位置的螺钉来改变在两个顶杆之间，最后将螺钉拧紧。通过以上操曲变形，再将工装放到预先设定好的加热设备
【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】：TG146.21;TG156.92;V261

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