铝合金薄壁框架件在振动时效下的表面应力释放与调控
发布时间：2021-08-23 15:37
高强铝合金薄壁框架件具有强度高、质量轻等特点,在航空器结构件上有着广泛应用。薄壁件的制备和加工过程中会给零件内部带来大量的残余应力,使得零件存在尺寸不稳定的现象。本文采用了一种常用于黑色金属领域消减残余应力的工艺方法——振动时效（Vibration Stress Relief,VSR）,选用7075铝合金薄壁构件为对象进行了表面残余应力释放及均化的实验探究,建立了有限元仿真模型,并从宏观、微观角度解释其机理。研究成果不仅对薄壁构件制备后的应力和形变调控有实际的工程应用价值,而且对其它方向的振动时效研究有着重要的参考意义。主要研究工作如下:1.建立了平台式振动时效的仿真模型运用ANSYS软件进行时效过程的仿真模拟,由模态分析得到振型与激振频率的关系,找到了共振区,确定实验参数。再经谐响应分析得到表面应力变化的特点,为后面均化应力实验方案的制定提供了思路。2.通过振动时效实验和位置交叠时效释放和均化了表面应力选用平台式VSR对框架件进行了时效实验,由XRD（X-ray Diffraction）应力分析后发现表面应力得到一定程度上的松弛,释放率范围为9%-33%,明显存在应力释放不均匀的现象...
【文章来源】：中南林业科技大学湖南省
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２铝合金薄壁构件的加工??Ｆｉｇ．?１．２?Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ?ｏｆ?ｔｈｉｎ－ｗａｌｌｅｄ?ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ?ｍａｄｅ?ｏｆ?Ａ１?ａｌｌｏｙ??
中南林业科技大学硕士学位论文?培合金薄壁框架件在振动时效下的表面应力释放与调控??作和计算都更加简单０】。对比前两者，层削法破坏性最大，通过逐层铣削的方式??完全破坏材料来测量初始应力，在铣削面的对称面上贴上应变片，每次铣削后原??有结构形状的应力平衡被破坏，材料会自发的形成新的平衡，在新的平衡态下应??变片会发生变形，层削法适用于多种材料，尤其是形状规则的如厚板、块状的构??件［２４］。??ｅ?．?－爹?＿?？??图１．３钻孔法测试??Ｆｉｇ．?１．３?Ｓｔｒｅｓｓ?ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ?ｂｙ?Ｄｒｉｌｌｉｎｇ?ｍｅｔｈｏｄ??无损应力测试方法有中子衍射技术、超声波无损检测技术和ｘ射线衍射技??术。中子衍射技术通常用来测量零件内部的应力，将中子流作为入射术照射零件，??零件内部晶面满足布拉格条件时产生衍射现象，通过研究衍射峰的峰值位置和强??度，可以获得应力和应变的数据，中子衍射法测量应力首先是测定材料中晶格的??应变，再通过计算得到应力变化，但是成本高昂且只适用较大试样［２５１。超声波无??损检测技术是基于一种机械波，它能灵敏的反应试件内部的信息，超声测量是建??立在声弹性理论基础之上的，利用受应力材料中的声双折射现象测量残余应力。??超声检测智能检测构件的表面应力，所研究对象主要是金属材料中的钢铁和铝制??品，应用层面也是热、焊接残余应力和螺栓应力，其它方面的研宄还需要大量实??验基础［２６］。??Ｘ射线衍射技术的依据是弹射力学以及Ｘ射线晶体学理论，理想的多晶体??初始状态下没有应力存在，当具有一定的应力存在时，不同方位的同族晶面面间??距受应力作用产生变化，入射的Ｘ射线衍射谱随之位偏移后，由位偏移的数
中南林业科技大学硕士学位论文?招合金薄壁框架件在振动时效下的表面应力释放与调控??的统计图。??超声波和裂＾??９％?ＷＭＩ＾＾ＳＢＩｉｉ１＾??钻孔法ｍ??中子衍射法?Ｐ?３０％??１９％??塌?＿法?ｄ難：．??１６％?Ｘ射线法??２６％??解？?’．??■钴？－法■?Ｘ射线法■?Ｋ削法中子衍射法超由波和裂纹尤度泌??图１．４残余应力测ｔ方法应用比例??Ｆｉｇ．?１．４?Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ?ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ?ｏｆ?ｒｅｓｉｄｕａｌ?ｓｔｒｅｓｓ?ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ?ｍｅｔｈｏｄ??１．３振动时效的研究??】．３．１振动时效的简介??振动时效（Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ?ｓｔｒｅｓｓ?ｒｅｌｉｅｆ，?ＶＳＲ）足通过对工件不断地施加循环栽荷，从??而调整残余应力、稳定工件尺寸精度的时效方式也是至今为止唯一种能进??行二次时效的工艺。工程应用的时效方式还冇以下儿种：??（１）自然时效（Ｎａｔｕｒｅ?ｓｔｒｅｓｓ?ｒｅｌｉｅｆ，?ＮＳＲ）：利用自然环境，将工件置于室外放??置一段时间，在经历了自然环境和时间的洗礼之后，但工件内部达到一种稳定的??应力状态，虽然释放的残余应力有限，但能保持良好的尺寸精度，对工件的基体??有所强化，抗变形能力得到提高ｌ３Ｗ１ｉ。ＮＳＲ的原理是长时间的放置后，石墨尖??端及其它线缺陷尖端逐步产生应力集中，材料局部缓慢发生塑性变形，应力得以??松弛。自然时效还会常被用来在其它时效方式后进行，以避免其它时效后应力Ｍ??弹现象的出现。这一时效方式经济成本低，时效周期过长，而且时效效果不佳，??往往被人们弃用。??（２）热时效（Ｔｈｅｒｍａｌ?ｓｔｒｅｓｓ?ｒｅｌｉｅｆ，ＴＳＲ）
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同丸粒对铝合金表面喷丸影响的仿真分析及实验[J]. 陈家伟,廖凯,李立君,高自成,钟利萍. 表面技术. 2019(09)
[2]振动时效处理对7055-T7751铝合金疲劳性能的影响[J]. 马永波,崔腾飞,潘一帆,成书民,刘道新. 机械工程材料. 2019(08)
[3]残余应力对焊接接头裂尖蠕变性能的影响[J]. 汪卫兵,朱茂进,李凯,李小超,赵凌燕. 热加工工艺. 2019(07)
[4]金属材料热处理变形的影响因素和控制策略[J]. 张红霞. 世界有色金属. 2019(02)
[5]振动时效对铝板表面应力松弛均匀性的实验设计与分析[J]. 廖凯,朱家豪,余田,陈辉,钟利萍,龚海. 振动与冲击. 2019(02)
[6]铝合金薄壁构件表面加工应力的仿真与应用[J]. 车兴飞,廖凯,李立君,高自成,钟利萍,龚海. 塑性工程学报. 2019(05)
[7]复合时效消除工件残余应力的工艺研究[J]. 毛建中,郭灵智,周慧,宋建力. 锻压技术. 2018(10)
[8]民用航空铝合金材料产业化及其推广应用[J]. 徐晨光,刘科研,金龙兵,张鲁辉,张锐. 铝加工. 2018(05)
[9]振动时效工艺在飞机制造中的应用研究[J]. 马永波. 新技术新工艺. 2018(08)
[10]基于位错密度演化的高频振动时效微观机理[J]. 顾邦平,胡雄,徐冠华,赖金涛,潘龙. 稀有金属材料与工程. 2018(08)
博士论文
[1]残余应力超声无损检测与调控技术研究[D]. 宋文涛.北京理工大学 2016
[2]飞机弱刚性铝合金结构件的残余应力和加工变形控制技术研究[D]. 张峥.南京航空航天大学 2016
[3]铝合金厚板淬火—预拉伸内应力形成机理及其测试方法研究[D]. 廖凯.中南大学 2010
硕士论文
[1]VSR对7075铝合金薄壁构件表面应力的影响[D]. 朱家豪.中南林业科技大学 2019
[2]特种焊接件残余应力产生机理分析及振动时效研究[D]. 刘伟祥.北华航天工业学院 2019
[3]航空铝合金薄壁框架件应力—变形预测函数的构建[D]. 张萧笛.中南林业科技大学 2018
[4]振动时效对铝合金薄壁构件尺寸稳定性的影响[D]. 熊冠华.中南林业科技大学 2018
[5]振动处理工艺对铸、焊件机械性能影响研究[D]. 孟祥旗.山东大学 2018
[6]残余应力高能声束调控技术研究[D]. 任延飞.北京理工大学 2017
[7]X射线衍射法测量蓝宝石单晶残余应力的研究[D]. 曾秋云.哈尔滨工业大学 2016
[8]超声冲击法消减铬钼钢焊缝残余应力的研究[D]. 刘娜.西安石油大学 2014
[9]振动时效消除焊接残余应力的仿真及实验研究[D]. 李晓.中北大学 2012
[10]7085铝合金整体结构件淬火残余应力分析及其消减工艺研究[D]. 王少辉.中南大学 2011
本文编号：3358140
【文章来源】：中南林业科技大学湖南省
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２铝合金薄壁构件的加工??Ｆｉｇ．?１．２?Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ?ｏｆ?ｔｈｉｎ－ｗａｌｌｅｄ?ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ?ｍａｄｅ?ｏｆ?Ａ１?ａｌｌｏｙ??
中南林业科技大学硕士学位论文?培合金薄壁框架件在振动时效下的表面应力释放与调控??作和计算都更加简单０】。对比前两者，层削法破坏性最大，通过逐层铣削的方式??完全破坏材料来测量初始应力，在铣削面的对称面上贴上应变片，每次铣削后原??有结构形状的应力平衡被破坏，材料会自发的形成新的平衡，在新的平衡态下应??变片会发生变形，层削法适用于多种材料，尤其是形状规则的如厚板、块状的构??件［２４］。??ｅ?．?－爹?＿?？??图１．３钻孔法测试??Ｆｉｇ．?１．３?Ｓｔｒｅｓｓ?ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ?ｂｙ?Ｄｒｉｌｌｉｎｇ?ｍｅｔｈｏｄ??无损应力测试方法有中子衍射技术、超声波无损检测技术和ｘ射线衍射技??术。中子衍射技术通常用来测量零件内部的应力，将中子流作为入射术照射零件，??零件内部晶面满足布拉格条件时产生衍射现象，通过研究衍射峰的峰值位置和强??度，可以获得应力和应变的数据，中子衍射法测量应力首先是测定材料中晶格的??应变，再通过计算得到应力变化，但是成本高昂且只适用较大试样［２５１。超声波无??损检测技术是基于一种机械波，它能灵敏的反应试件内部的信息，超声测量是建??立在声弹性理论基础之上的，利用受应力材料中的声双折射现象测量残余应力。??超声检测智能检测构件的表面应力，所研究对象主要是金属材料中的钢铁和铝制??品，应用层面也是热、焊接残余应力和螺栓应力，其它方面的研宄还需要大量实??验基础［２６］。??Ｘ射线衍射技术的依据是弹射力学以及Ｘ射线晶体学理论，理想的多晶体??初始状态下没有应力存在，当具有一定的应力存在时，不同方位的同族晶面面间??距受应力作用产生变化，入射的Ｘ射线衍射谱随之位偏移后，由位偏移的数
中南林业科技大学硕士学位论文?招合金薄壁框架件在振动时效下的表面应力释放与调控??的统计图。??超声波和裂＾??９％?ＷＭＩ＾＾ＳＢＩｉｉ１＾??钻孔法ｍ??中子衍射法?Ｐ?３０％??１９％??塌?＿法?ｄ難：．??１６％?Ｘ射线法??２６％??解？?’．??■钴？－法■?Ｘ射线法■?Ｋ削法中子衍射法超由波和裂纹尤度泌??图１．４残余应力测ｔ方法应用比例??Ｆｉｇ．?１．４?Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ?ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ?ｏｆ?ｒｅｓｉｄｕａｌ?ｓｔｒｅｓｓ?ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ?ｍｅｔｈｏｄ??１．３振动时效的研究??】．３．１振动时效的简介??振动时效（Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ?ｓｔｒｅｓｓ?ｒｅｌｉｅｆ，?ＶＳＲ）足通过对工件不断地施加循环栽荷，从??而调整残余应力、稳定工件尺寸精度的时效方式也是至今为止唯一种能进??行二次时效的工艺。工程应用的时效方式还冇以下儿种：??（１）自然时效（Ｎａｔｕｒｅ?ｓｔｒｅｓｓ?ｒｅｌｉｅｆ，?ＮＳＲ）：利用自然环境，将工件置于室外放??置一段时间，在经历了自然环境和时间的洗礼之后，但工件内部达到一种稳定的??应力状态，虽然释放的残余应力有限，但能保持良好的尺寸精度，对工件的基体??有所强化，抗变形能力得到提高ｌ３Ｗ１ｉ。ＮＳＲ的原理是长时间的放置后，石墨尖??端及其它线缺陷尖端逐步产生应力集中，材料局部缓慢发生塑性变形，应力得以??松弛。自然时效还会常被用来在其它时效方式后进行，以避免其它时效后应力Ｍ??弹现象的出现。这一时效方式经济成本低，时效周期过长，而且时效效果不佳，??往往被人们弃用。??（２）热时效（Ｔｈｅｒｍａｌ?ｓｔｒｅｓｓ?ｒｅｌｉｅｆ，ＴＳＲ）
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同丸粒对铝合金表面喷丸影响的仿真分析及实验[J]. 陈家伟,廖凯,李立君,高自成,钟利萍. 表面技术. 2019(09)
[2]振动时效处理对7055-T7751铝合金疲劳性能的影响[J]. 马永波,崔腾飞,潘一帆,成书民,刘道新. 机械工程材料. 2019(08)
[3]残余应力对焊接接头裂尖蠕变性能的影响[J]. 汪卫兵,朱茂进,李凯,李小超,赵凌燕. 热加工工艺. 2019(07)
[4]金属材料热处理变形的影响因素和控制策略[J]. 张红霞. 世界有色金属. 2019(02)
[5]振动时效对铝板表面应力松弛均匀性的实验设计与分析[J]. 廖凯,朱家豪,余田,陈辉,钟利萍,龚海. 振动与冲击. 2019(02)
[6]铝合金薄壁构件表面加工应力的仿真与应用[J]. 车兴飞,廖凯,李立君,高自成,钟利萍,龚海. 塑性工程学报. 2019(05)
[7]复合时效消除工件残余应力的工艺研究[J]. 毛建中,郭灵智,周慧,宋建力. 锻压技术. 2018(10)
[8]民用航空铝合金材料产业化及其推广应用[J]. 徐晨光,刘科研,金龙兵,张鲁辉,张锐. 铝加工. 2018(05)
[9]振动时效工艺在飞机制造中的应用研究[J]. 马永波. 新技术新工艺. 2018(08)
[10]基于位错密度演化的高频振动时效微观机理[J]. 顾邦平,胡雄,徐冠华,赖金涛,潘龙. 稀有金属材料与工程. 2018(08)
博士论文
[1]残余应力超声无损检测与调控技术研究[D]. 宋文涛.北京理工大学 2016
[2]飞机弱刚性铝合金结构件的残余应力和加工变形控制技术研究[D]. 张峥.南京航空航天大学 2016
[3]铝合金厚板淬火—预拉伸内应力形成机理及其测试方法研究[D]. 廖凯.中南大学 2010
硕士论文
[1]VSR对7075铝合金薄壁构件表面应力的影响[D]. 朱家豪.中南林业科技大学 2019
[2]特种焊接件残余应力产生机理分析及振动时效研究[D]. 刘伟祥.北华航天工业学院 2019
[3]航空铝合金薄壁框架件应力—变形预测函数的构建[D]. 张萧笛.中南林业科技大学 2018
[4]振动时效对铝合金薄壁构件尺寸稳定性的影响[D]. 熊冠华.中南林业科技大学 2018
[5]振动处理工艺对铸、焊件机械性能影响研究[D]. 孟祥旗.山东大学 2018
[6]残余应力高能声束调控技术研究[D]. 任延飞.北京理工大学 2017
[7]X射线衍射法测量蓝宝石单晶残余应力的研究[D]. 曾秋云.哈尔滨工业大学 2016
[8]超声冲击法消减铬钼钢焊缝残余应力的研究[D]. 刘娜.西安石油大学 2014
[9]振动时效消除焊接残余应力的仿真及实验研究[D]. 李晓.中北大学 2012
[10]7085铝合金整体结构件淬火残余应力分析及其消减工艺研究[D]. 王少辉.中南大学 2011
本文编号：3358140
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