航空薄壁构件加工变形研究

发布时间：2017-07-29 20:24

  本文关键词：航空薄壁构件加工变形研究

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【摘要】：轻质合金材料是推进我国国防装备体系及航空航天产业实现性能优、可靠性高和成本低廉的基石。从上世纪八十年代开始,随着我国高新技术的崛起和国防装备工业的快速崛起,对当下流行的轻量合金材料的加工性能和生产工艺的要求进一步提高,随之也拓展出新的发展前景。尤其是铝合金材料在航空航天、船舶、核工业及兵器工业等领域有着广泛的应用背景及不可替代的地位,因此铝合金的加工技术已然成为制约国防技术进步的主导因素。本文首先阐述了航空薄壁构件加工变形研究现状及切削加工变形机理,总结出造成薄壁构件加工变形的重要成因。根据航空薄壁构件异构特点和诸多实际生产经验进一步总结薄壁构件切削加工难点,概述此类零件加工变形控制方法。其次,从铝合金材料出厂的初始应力状态展开研究,对制备预拉伸铝合金板材过程中所形成残余应力的变化过程进行研究。基于弹塑性理论,搭建初始残余应力释放过程中的应力-应变模型。通过剥层测量实验,分析获取其基材内部残余应力的分布情况。并对其实验过程进行有限元仿真,对应力-应变模型的正确性进行验证。再次,运用ABAQUS通用有限元分析软件,通过优选并设置合理参数,使用生死单元法建立了有限元三维铣削过程模型。经计算比对获得模拟仿真数据与实际铣削加工过程情况是否一致,进一步验证有限元模型的有效性和实效性。秉承以上方法,再进一步对有限元仿真模型所涉及各参数进行优化,以达到了仿真效果最优和运算耗时最佳目的,为后续的加工变形研究奠定技术基础。最后,针对特定航空薄壁框架类零件考虑纳入多项影响因素搭建起加工过程有限元模型,完全模拟出工件从原材料初始状态至加工成型的全过程,得到此类构件铣削过程各加工瞬间的工件变形趋势,并对其已铣削后的平面进行检验,将其与实际测量数值比较来提高此种模拟方法的可信性。运用以上此法可有效预测该类薄壁零件的加工过程中产生的变形情况,对前端抑制工件变形的方法提供了一种新的思路。
【关键词】：薄壁构件 加工变形 有限元仿真 铣削加工
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V261
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 绪论8-19
• 1.1 课题来源8
• 1.2 课题研究背景与意义8-9
• 1.3 分析加工变形主要成因9-14
• 1.3.1 航空薄壁构件的分类9-10
• 1.3.2 薄壁构件加工变形影响因素10-13
• 1.3.3 减小薄壁构件加工变形措施13-14
• 1.4 薄壁构件加工技术的研究现状14-18
• 1.4.1 材料内部残余应力的研究现状14-15
• 1.4.2 切削过程有限元仿真技术的研究现状15-17
• 1.4.3 薄壁构件加工变形有限元仿真技术的研究现状17-18
• 1.5 本课题的主要研究内容18-19
• 第二章 材料内部残余应力分析与实验研究19-34
• 2.1 引言19
• 2.2 航空铝材制备工艺19-20
• 2.3 应力-应变测量原理分析20-24
• 2.4 剥层测量法有限元仿真24-26
• 2.4.1 有限元模型的建立24-25
• 2.4.2 仿真结果25-26
• 2.5 残余应力实验及验证26-33
• 2.5.1 实验准备26-27
• 2.5.2 剥层测量实验内容27-28
• 2.5.3 实验数据及结果分析28-33
• 2.6 本章小结33-34
• 第三章 铣削加工过程有限元仿真34-50
• 3.1 引言34
• 3.2 铣刀铣削力理论建模34-37
• 3.3 圆柱立铣刀铣削过程的有限元模拟37-39
• 3.3.1 几何模型的建立37-38
• 3.3.2 有限元模拟关键技术分析38-39
• 3.3.3 加载及加速方法39
• 3.4 铣削过程中铣削力的测量39-42
• 3.5 实验结果及分析42-47
• 3.6 有限元仿真参数优化分析47-49
• 3.7 本章小结49-50
• 第四章 薄壁构件加工变形的有限元仿真及实验验证50-64
• 4.1 引言50
• 4.2 几何建模50-51
• 4.3 铣削加工过程的有限元仿真51-53
• 4.3.1 材料初始应力的施加51-52
• 4.3.2 有限元仿真流程52-53
• 4.4 仿真结果分析53-55
• 4.4.1 工件各工步应力状态53
• 4.4.2 仿真结果分析53-55
• 4.5 加工实验及验证55-63
• 4.5.1 薄壁构件的加工工艺55-58
• 4.5.2 工件加工变形的三坐标检测58-63
• 4.6 本章小结63-64
• 第五章 总结与展望64-65
• 5.1 总结64
• 5.2 本文的不足及展望64-65
• 参考文献65-67
• 致谢67-68
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文68-70

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本文编号：590956