铝合金整体壁板多点对压成形的裂纹预测与控制

发布时间：2017-08-31 05:42

  本文关键词：铝合金整体壁板多点对压成形的裂纹预测与控制

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【摘要】：铝合金整体壁板具有结构效率高、重量轻、强度高等一系列优点,作为一种结构承力件越来越多应用于飞机机身、机翼、火箭贮箱、空间站密封舱等。铝合金整体壁板由于结构的特殊性,其加工成形过程复杂,成形效率低,容易产生裂纹缺陷等。多点对压成形是一种柔性加工成形方法,成形效率高,用多点成形方法成形铝合金整体壁板能够解决加工成形效率低的问题,但应该避免在成形过程中产生裂纹缺陷。本文主要研究铝合金整体壁板典型筋条结构多点对压成形过程中裂纹产生的类型,分析了裂纹产生的机制和原因。研究了在成形过程中冲头尺寸、变形量、成形道次、变路径成形等对裂纹产生的影响,找到减小或抑制裂纹缺陷的措施。具体内容如下:1.通过对铝合金材料7B04-T7451进行单向拉伸实验和平面拉伸实验,求出材料的各向异性屈服应力比率等参数,建立7B04-T7451材料模型。对拉伸断口微观形貌进行分析确定了断裂的类型。对单向拉伸实验和平面拉伸实验过程进行模拟,并对拉伸后的试件应变进行测量,求出韧性断裂准则中材料参数。2.对铝合金整体壁板典型筋条结构进行三点弯曲实验和模拟,用Python语言编写的韧性断裂准则脚本程序,对模拟结果中的应力应变等数据按照相应的积分公式进行计算,通过积分值的大小分布和实验对比,找到合适的韧性断裂准则。对铝合金整体壁板典型结构进行多点对压成形实验,并对裂纹的微观形貌进行分析。对实验过程进行模拟,并用脚本程序对模拟结果中的应力应变等数据按照相应的积分公式计算,得积分值的分布,找到了适合预测整体壁板多点对压成形中裂纹产生的韧性断裂准则。3.研究了多点成形中冲头尺寸对铝合金整体壁板典型筋条结构应力应变及韧性断裂准则积分值的影响,冲头尺寸与裂纹产生位置的关系。研究了成形方式对铝合金整体壁板典型结构应力应变和裂纹产生位置和启裂时刻的关系。4.研究了变形量对铝合金整体壁板典型结构多点对压成形中裂纹产生及壁板筋条失稳的影响。并对铝合金整体壁板典型结构进行多道次成形,研究成形道次对裂纹产生的影响,结果表明合理的成形道次能够显著降低裂纹出现的几率。同时研究了连续变路径成形对裂纹产生的影响,结果表明合理的变形路径能够明显减小裂纹出现的风险。多道次成形和连续变路径成形能够有效的减小或抑制铝合金整体壁板多点对压成形中裂纹的产生。
【关键词】：铝合金整体壁板 多点对压成形 断裂准则 裂纹预测
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG306
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第1章 绪论12-22
• 1.1 引言12
• 1.2 铝合金整体壁板的优点12-13
• 1.3 整体壁板成形方法及存在的问题13-17
• 1.3.1 滚弯成形13-14
• 1.3.2 蠕变时效成形14-15
• 1.3.3 喷丸成形15-16
• 1.3.4 压弯成形16-17
• 1.4 多点对压成形方法17
• 1.5 常见的韧性断裂准则17-19
• 1.6 整体壁板成形的数值模拟19-20
• 1.7 研究意义及主要内容20-22
• 第2章 铝合金材料及韧性断裂准则参数的求取22-36
• 2.1 引言22
• 2.2 单向拉伸和平面拉伸实验22-29
• 2.2.1 屈服准则22-23
• 2.2.2 实验试样23-25
• 2.2.3 拉伸断口微观形貌25-27
• 2.2.4 材料参数的求取27-29
• 2.3 韧性断裂准则参数的求取方法29-31
• 2.3.1 试验法29-30
• 2.3.2 混合法30-31
• 2.4 混合法求韧性断裂准则参数31-35
• 2.4.1 单向拉伸和平面拉伸模拟31-33
• 2.4.2 拉伸试件应变测量33-34
• 2.4.3 应变测量结果34-35
• 2.4.4 韧性断裂准则参数35
• 2.5 小结35-36
• 第3章 韧性断裂准则的选取36-46
• 3.1 引言36
• 3.2 用Python编写断裂准则脚本程序36-37
• 3.3 壁板典型结构压弯实验和数值模拟37-40
• 3.3.1 壁板筋条压弯实验37-38
• 3.3.2 壁板筋条压弯实验的积分值分布38-40
• 3.4 壁板多点对压成形实验和数值模拟40-45
• 3.4.1 壁板筋条多点对压成形实验40-42
• 3.4.2 壁板裂纹处微观形貌42-43
• 3.4.3 壁板筋条多点对压成形的韧性断裂准则积分值分布43-45
• 3.5 小结45-46
• 第4章 壁板多点对压中裂纹启裂时刻及位置46-60
• 4.1 引言46
• 4.2 基本体冲头尺寸的选择46-51
• 4.2.1 冲头尺寸对等效应力分布影响46-47
• 4.2.2 冲头尺寸对等效应变分布影响47-49
• 4.2.3 冲头尺寸与韧性断裂准则积分值的关系49-51
• 4.3 成形方式对壁板变形的影响51-58
• 4.3.1 成形方式对等效应力分布影响51-53
• 4.3.2 成形方式对等效应变分布的影响53-54
• 4.3.3 不同成形方式壁板裂纹产生的位置54-58
• 4.4 小结58-60
• 第5章 变形路径对整体壁板裂纹产生的影响60-80
• 5.1 引言60
• 5.2 变形量对裂纹产生和失稳的影响60-67
• 5.2.1 变形量对壁板应力和应变的影响60-63
• 5.2.2 变形量对壁板多点成形裂纹的影响63-65
• 5.2.3 变形量对壁板筋条失稳的影响65-67
• 5.3 多道次成形对整体壁板裂纹产生的影响67-71
• 5.3.1 多道次成形特点67-68
• 5.3.2 成形道次对壁板裂纹产生的影响68-71
• 5.4 连续变路径对壁板裂纹产生和失稳的影响71-77
• 5.4.1 变路径对壁板裂纹产生的影响71-74
• 5.4.2 变形路径对壁板筋条失稳的影响74-75
• 5.4.3 变形路径对壁板等效应力影响75-77
• 5.5 整体壁板多点对压成形裂纹产生抑制措施77-78
• 5.6 小结78-80
• 第6章 结论与展望80-82
• 参考文献82-88
• 致谢88

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本文编号：763791