钛合金预应力砂带磨削基础理论及实验研究

发布时间：2017-08-14 12:12

  本文关键词：钛合金预应力砂带磨削基础理论及实验研究

  更多相关文章： 表面残余应力 钛合金 砂带磨削 预应力加工 有限元分析

【摘要】：钛合金因其具有高强度、耐蚀性好、高耐热性等优点而被广泛用于航空航天、船舶、高铁等高精尖领域。随着航空航天事业的迅速发展进步,对钛合金制成的关键零部件提出了更高的要求。如何使钛合金制成的零部件具有高服役性、高强度、高可靠度成为各国科学家研究的重点。长期的研究和实践表明,零部件的寿命和可靠性与零件表面残余应力有着密不可分的关系。而常规加工后的零件表面残余应力基本呈现拉应力状态,这种状态对寿命和可靠性具有不利影响。因而,研究机械加工过程中表面残余应力分布以及钛合金的加工工艺方法对表面残余应力的影响有着重要的意义。砂带磨削是一种柔性磨削,因其在加工后可获得较好的表面质量,已经在航空发动机叶片、机匣加工上得到广泛应用。虽然能在加工表面形成残余压应力状态,但在高服役性方面还存在着不足。因此,本文在结合常规砂带柔性磨削的特点上,提出预应力状态下的砂带磨削工艺,旨在通过预应力砂带磨削控制和形成钛合金表面残余应力压应力状态,实现更好地提高钛合金零件的疲劳寿命。本文将开展了以下工作:基于钛合金预应力砂带磨削的理论分析,建立预应力砂带磨削钛合金有限元仿真模型。通过数值模拟,研究预应力、砂带线速度、磨削压力等工艺参数对表面残余应力分布状态的影响规律。在上述理论研究的基础上,研制一套预应力加载装置,根据CCF响应曲面试验方法设计实验方案,为下一步Ti-6Al-4V预应力砂带磨削实验提供基础。在已有的预应力砂带磨削实验平台上进行磨削实验。通过X射线衍射分析并计算出表面残余应力大小,分析预应力、砂带线速度、磨削压力对表面残余应力分布的影响,验证仿真模型的准确性。在此基础上,基于响应曲面试验法建立表面表层残余应力的预测模型,为今后的预应力钛合金砂带磨削提实验指导。
【关键词】：表面残余应力 钛合金 砂带磨削 预应力加工 有限元分析
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG580.619.2
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-9
• 1 绪论9-21
• 1.1 课题研究的背景9-11
• 1.2 钛合金加工国内外研究现状11-16
• 1.2.1 钛合金常规加工研究现状11-14
• 1.2.2 砂带磨削钛合金研究现状14-16
• 1.3 抗疲劳加工技术16-19
• 1.3.1 抗疲劳加工技术概述16-17
• 1.3.2 预应力加工技术17-19
• 1.4 课题来源及本文的主要研究内容19-21
• 1.4.1 课题来源19
• 1.4.2 本文的主要研究的意义和内容19-21
• 2 钛合金预应力砂带磨削理论研究21-27
• 2.1 砂带磨削残余应力形成机理21-24
• 2.1.1 温度场的影响21-22
• 2.1.2 磨削力的影响22-23
• 2.1.3 组织相变的影响23-24
• 2.2 预应力砂带磨削钛合金表面残余应力形成机理24-25
• 2.3 预应力砂带磨削理论分析25-26
• 2.3.1 预应力砂带磨削特点25-26
• 2.3.2 预应力砂带磨削加载方式26
• 2.4 本章小结26-27
• 3 钛合金预应力砂带磨削数值模拟27-41
• 3.1 预应力砂带磨削有限元数值模拟方法27-28
• 3.2 预应力砂带磨削数学模型的理论分析28-32
• 3.2.1 砂带磨削温度场数学模型28-30
• 3.2.2 材料的本构方程30-31
• 3.2.3 基本假设31
• 3.2.4 耦合顺序31-32
• 3.3 预应力砂带磨削仿真建模32-34
• 3.3.1 模型的建立32-33
• 3.3.2 网络划分及约束33-34
• 3.3.3 单元类型34
• 3.3.4 载荷施加34
• 3.4 表面残余应力仿真结果分析34-40
• 3.4.1 磨削压力对表面残余应力的影响34-36
• 3.4.2 砂带线速度对表面残余应力的影响36-38
• 3.4.3 预应力对表面残余应力的影响38-40
• 3.5 本章小结40-41
• 4 钛合金预应力砂带磨削实验装置研制41-53
• 4.1 预应力磨削装置41-48
• 4.1.1 砂带磨削机床的选择41-43
• 4.1.2 加载装置方案设计43-46
• 4.1.3 螺纹预紧加载计算46-47
• 4.1.4 钛合金试验工件设计47-48
• 4.2 预应力砂带磨削实验方案48-51
• 4.2.1 预应力砂带磨削实验材料选择48
• 4.2.2 预应力砂带磨削实验方案设计48-51
• 4.3 本章小结51-53
• 5 钛合金预应力砂带磨削实验研究53-67
• 5.1 残余应力检测及结果53-54
• 5.1.1 残余应力检测53-54
• 5.1.2 残余应力的分布54
• 5.2 实验参数对表面残余应力的影响规律研究54-57
• 5.2.1 磨削压力对表面残余应力的影响54-57
• 5.2.3 预应力对表面残余应力的影响57
• 5.3 表面残余应力试验结果分析57-64
• 5.3.1 表面残余应力预测公式57-59
• 5.3.2 表面残余应力显著性分析59-61
• 5.3.3 表面残余应力响应曲面分析61-64
• 5.4 预应力砂带磨削对表面完整性的影响64-66
• 5.4.1 表面粗糙度的影响64
• 5.4.2 表面微观形貌的影响64-65
• 5.4.3 表面硬度的影响65-66
• 5.5 本章小结66-67
• 6 结论与展望67-69
• 6.1 全文总结67-68
• 6.2 研究展望68-69
• 致谢69-71
• 参考文献71-75
• 附录75
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文与申请专利目录75
• B. 作者在攻读学位期间参与的科研项目目录75

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本文编号：672605