航空梁类铝合金结构件滚压变形校正理论及方法研究
发布时间：2020-04-08 12:14
【摘要】：现代飞机广泛采用的铝合金结构件受多种加工因素的耦合影响,普遍存在不同程度、不同形式的变形超差问题,变形校正工艺是保证航空结构件尺寸精度、实现低/无应力装配的有效手段。为避免反变形校正等传统校正手段引入的表层拉应力给工件疲劳寿命等性能指标带来不利影响,可以在工件浅表层引入压应力的滚压变形校正在航空工业得到重视并获得应用,是实现大长宽比薄壁结构件变形校正的有效手段,引入的表面压应力在获得工件尺寸精度的同时,提高工件疲劳寿命。然而,滚压变形校正多依赖于工人经验和试错法,缺乏有效的校正理论、操作规程及工艺体系指导,质量稳定性差,严重制约了航空结构件制造质量与效率。为此,围绕通过滚压引入浅表层微塑性变形及其变形协调实现航空结构件变形校正所涉及的科学问题,进行系统的理论、方法与工艺研究。本文以铝合金7050-T7451为研究对象,开展滚压过程中材料基础物理力学行为研究。首先开展薄壁结构双侧滚压试验研究,揭示微观组织结构演变规律,阐明滚压残余应力场形成机理。进而通过材料流变行为分析表面形貌、硬度变化特点,揭示滚压对材料表面质量完整性影响规律。借助ABAQUS软件建立双侧滚压有限元分析模型,并从应变和应力角度对模型进行验证,进而对滚压、装夹释放过程中的应变-应力-变形演变规律进行分析,发现滚压导致的微塑性变形是结构件产生形状改变从而达到校正效果的内在因素。从简单结构滚压变形规律研究入手,逐步向复杂结构件滚压变形校正推进。首先对长梁结构件截面特征进行分析,从滚压变形校正角度对T型、U型截面进行表征。然后利用有限元手段,在获得滚压参数对典型T型结构滚压变形影响规律的基础上,利用等效弯矩法分析滚压对结构件弯曲变形的影响,建立等效弯矩与滚压参数和工件结构参数的理论模型。最后将等效弯矩法用于滚压校正载荷预测,开展T型结构滚压校正试验,变形量平均降低73.6%,验证了利用等效弯矩法预测简单截面工件滚压校正载荷的可行性和有效性。为实现复杂结构件滚压变形校正载荷的预测,从能量平衡角度出发,通过建立弯曲变形工件所蕴含的应变能与滚压过程中外力做功的关系模型,获得校正工件所需的外部能量输入,进而获得校正变形结构件所需的校正力矩,实现滚压校正载荷的预测。针对复杂结构件滚压变形校正仿真方法,采用直接应力法建立加工变形一滚压校正协同仿真环境,实现滚压校正载荷准确性的快速评价。最后采用三隔框结构件对载荷预测理论进行验证,仿真获得的变形量由0.321 mm降低到0.018 mm,变形消除率为94.5%,试验变形量由0.333 mm降低到0.060 mm,变形消除率为82.0%。针对结构不连续梁和应力不连续梁的变形特征,提出以长梁结构件变形挠曲线曲率特征为主、综合考虑工件结构和滚压工艺要求的分段校正理论。以八隔框长梁结构件为依托,围绕滚压校正过程中涉及的校正分段、载荷预测和校正顺序等校正策略问题展开讨论,着重分析“交替校正”顺序下的结构件变形演变规律,进而针对长梁结构件提出优化的“交替校正”策略,在保证校正质量的前提下显著提升校正效率。
【图文】：
差）的缺点逡逑为了克服这一缺陷，基于路径决定材料去除区域的“多步”仿真方法应运而生。逡逑该方法利用机床的Ｇ代码生成要去除区域的几何形状（图１－２中框线），然后通过逡逑布尔运算实现去除区域的划定［４３］。同时，该方法在仿真过程中也可以考虑装夹因逡逑素的影响，与实际加工过程更接近。但该方法也面临着去除材料后的网格重划分和逡逑应力、应变数值在分析步之间传递时存在插值误差等问题。逡逑１．邋“单步》：从毛坯到最终零件形状逡逑Ｉ－．邋ｍ逦？方法：材料在一个分析步中去除。逡逑Ｉｓ！逦＾逦．优点：简单，，可预测趋势。逡逑：＼＼逦？缺点：忽路径和装夹的？如向；对大变形预测精度低。逡逑２．邋“多步”：预定义材料去除区域逦？方法：预定义材料去除区域并依逡逑}岕：处理义R战锥危矕ǎ冲危垮澹恚螅螅螅笤げ狻ｅ义蟼 ＿邋．一邋Ｂ逦？缺点：忽略路径和装夹的影响；逡逑ＢＩＢＭ邋ＪｆＫｔｍ邋ｐｍ逦ｆＰ＾１＾逦耿挪n,精度低。逡逑３．邋“多步”：路径决定材料去除区域逦？方法：材料多步去除？，每步需网逡逑逦邋？邋逦邋？逦格重划。逡逑＊厂￣￣１邋Ａ邋．N＾邋ｆ邋■逦？优点：更逼真；考虑工件装夹。逡逑■■■ｆ邋１——ｌ逦■？缺点：网格重划存在d廖蟛睿诲义希保停洛澹穑拢绣危睿卞澹卞窝牧９谈丛印ｅ五义贤迹保埠娇战峁辜庸け湫斡邢拊げ夥椒ǘ员龋郏担蒎义希ǎ玻┰睾墒┘蛹际蹂义显诩庸け湫畏抡嬖睾墒┘庸ぷ鞑街校饕悸敲饔α颓邢髟睾伞ｅ义希跺义
本文编号：2619330
【图文】：
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