带孔壁板数控超声波喷丸成形技术研究

发布时间：2017-10-03 06:18

  本文关键词：带孔壁板数控超声波喷丸成形技术研究

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【摘要】：航空结构壁板通常带有减轻孔、装配孔、工艺孔等结构,在带孔板单曲率喷丸成形时,常常会发生孔区域与其他喷丸部位曲率半径不相等,而且孔区域部位产生孔区变形、开裂、应力集中的问题[40],严重地影响了壁板的成形精确和强度性能。这些都与带孔壁板喷丸成形后残余应力分布有关,而残余应力分布又受喷丸区域、壁板几何结构和喷丸工艺参数等因素的影响。针对带孔壁板喷丸成形相关缺陷,从理论上研究了板料喷丸后残余应力分布规律,以及残余应力场对板料的成形机理,从试验和有限元角度研究喷丸区域、壁板几何结构和喷丸工艺参数等对带孔板成形质量的影响,确定了适合带孔板喷丸成形工艺方法及最佳参数水平。1.探讨了使板材产生弹性和弹塑性变形的临界喷丸速度,此速度公式考虑到了撞针和靶材的密度、弹性模量、泊松比,静态与动态屈服强度。利用Herz碰撞理论推导出了碰撞压力分布公式,并从弹塑性力学角度推导了塑性变形区回弹前后的弹坑直径,弹坑深度及冲击力大小计算公式,分析得出了板料回弹前后的残余应力相关公式,以及残余应力分布对受喷板料弯曲变形公式。2.分析了带孔板超声波喷丸成形后的成形特征及孔异形情况,探讨了喷丸区域布局及板料结构对带孔板喷丸成形质量影响,绘制了不同喷丸参数喷丸时应采用的喷丸孔边距和加强环厚度曲线,结果表明:采用加强环+条带喷丸方式可以显著的提高带孔板喷丸成形质量,加强环厚度H与宽度M主要影响曲率半径差值C,而孔边距L主要影响孔异形程度B。选取最佳孔边距L为3~10mm,最佳加强环宽度M为9~15mm,最佳加强环厚度为1~3mm。3.构建了有限元模拟方案,确定采用动态分析步与静态分析步结合的模拟方法。采用ABAQUS模拟和研究了不同喷丸区域布局、带孔板孔区结构和喷丸工艺参数对带孔板喷丸成形质量的影响,并将试验研究与有限元模拟的结果进行对比和分析,结果显示:ABAQUS有限元模拟结果与试验结果在影响趋势、数据点差值方面的吻合度较好,总体上,模拟结果与试验结果的最大误差为22%,平均误差为13.3%,具有较好的参考意义。
【关键词】：带孔板 超声波喷丸 碰撞理论 工艺参数 有限元模拟
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V261
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 注释表11-12
• 第一章 绪论12-20
• 1.1 引言12
• 1.2 超声波喷丸成形技术及研究进展12-16
• 1.2.1 超声波喷丸成形技术12-13
• 1.2.2 超声波喷丸成形国内外研究进展13-16
• 1.3 带孔壁板喷丸成形研究综述16-18
• 1.4 课题研究的意义、目标、研究内容18-20
• 1.4.1 课题研究的意义、目标18-19
• 1.4.2 课题研究内容19-20
• 第二章 超声波喷丸成形技术理论分析20-31
• 2.1 超声波喷丸过程理论分析20-21
• 2.1.1 超声波喷丸物理过程分析20-21
• 2.1.2 碰撞理论分析21
• 2.2 超声波喷丸弯曲变形理论分析21-30
• 2.2.1 冲击坑半径、深度、冲击力以及残余压应力的计算21-27
• 2.2.2 残余应力场对板料弯曲变形的机理分析27-30
• 2.3 本章小结30-31
• 第三章 带孔板超声波喷丸成形试验研究31-45
• 3.1 试验方案31-33
• 3.1.1 试验装置及测量装置31-32
• 3.1.2 试验材料及试件制备32-33
• 3.2 带孔板喷丸成形及孔异形特征分析33-36
• 3.2.1 带孔板与不带孔板喷丸成形特征33-36
• 3.2.2 带孔板孔区域异形特征分析36
• 3.3 带孔板喷丸区域规划及孔区域结构优化分析36-41
• 3.3.1 圆环喷丸方式与孔区域材料加强对喷丸成形质量的影响36-38
• 3.3.2 加强环+条带喷丸模型影响因素研究38-41
• 3.3.2.1 喷丸孔边距L对带孔板成形质量的影响38-39
• 3.3.2.2 加强环宽度M对带孔板成形质量的影响39-40
• 3.3.2.3 加强环厚度H对带孔板成形质量的影响40-41
• 3.4 喷丸工艺参数对带孔板喷丸成形质量影响研究41-44
• 3.4.1 不同电流强度时应采用的孔边距L和加强环厚度H41-42
• 3.4.2 不同撞针直径时应采用的孔边距L及加强环厚度H42-44
• 3.5 本章小结44-45
• 第四章 带孔板超声波喷丸成形有限元模拟45-63
• 4.1 ABAQUS有限元模拟理论45-46
• 4.2 超声波喷丸成形有限元模型46-48
• 4.2.1 喷丸几何模型的建立46-47
• 4.2.2 材料本构模型参数47
• 4.2.3 网格划分47
• 4.2.4 初始载荷与边界条件47-48
• 4.3 带孔板喷丸成形及孔异形特征有限元模拟48-52
• 4.3.1 喷丸成形特征有限元模拟49-50
• 4.3.2 喷丸孔异形特征有限元模拟50-52
• 4.4 带孔板喷丸工艺有限元模拟研究52-62
• 4.4.1 孔边距L对带孔板喷丸成形有限元模拟52-54
• 4.4.2 加强环宽度M对带孔板喷丸成形有限元模拟54-56
• 4.4.3 加强环厚度H对带孔板喷丸成形有限元模拟56-58
• 4.4.4 喷丸速度V对带孔板喷丸成形有限元模拟58-60
• 4.4.5 撞针直径D对带孔板喷丸成形有限元模拟60-62
• 4.5 本章总结62-63
• 第五章 总结与展望63-65
• 5.1 总结63
• 5.2 展望63-65
• 参考文献65-69
• 致谢69-70
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文70

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本文编号：963604