7075铝合金筒形件热反旋开裂行为研究

发布时间：2017-10-15 11:32

  本文关键词：7075铝合金筒形件热反旋开裂行为研究

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【摘要】：7075铝合金筒形件由于其具有高强度、重量轻、耐高压和抗腐蚀性能强等特点,在航空航天及兵器等领域应用广泛,热反旋成形是制造此类筒形件的主要方法。然而,开裂现象是筒形件热反旋成形过程中常见的缺陷之一,尤其在成形期间产生的肉眼难以发现的微裂纹是影响其成形质量的重要因素。本文基于改进的Lemaitre损伤模型,采用有限元数值仿真与理论和实验相结合的方法,对7075铝合金筒形件热反旋开裂行为进行了系统的研究。主要研究内容和结果如下:(1)对Lemaitre韧性损伤准则进行改进,建立了考虑材料的拉压异性和温度与应变率耦合Lemaitre损伤模型。开发了Lemaitre损伤模型用户子程序,建立了7075铝合金筒形件多道次热反旋有限元模型,并实验验证了其可靠性。(2)基于所建立的有限元模型,分析了筒形件成形过程中的热力学行为:筒形件的温度呈环状阶梯分布,旋压与工件的接触区温度最大,然后沿筒形件环向和轴向两端逐渐减小;接触区的等效应力最大,筒形件的最大等效应力随时间整体呈上升趋势;接触区后方的等效应变大于接触区的等效应变;在轴向上,工件两端的等效应变较小,中间段的值较大,周向和厚向上都存在应变不均匀现象。(3)基于所建立的有限元模型,系统分析并获得7075铝合金筒形件热反旋成形过程中的损伤行为:工件轴向两端的损伤值较小,中间段的损伤值较大,外侧损伤最大值在稳定区和未旋区的交界处,内侧损伤最大值在端部区和稳定区的交界处;损伤沿周向呈波浪形分布,内外侧损伤程度不一致,筒形件顶端内侧损伤值增长速度比外侧要快;筒形件根部的损伤值呈非线性发展趋势,旋轮进给初期最大相对损伤值增加的速度比较快,而后趋于平缓。(4)研究发现:适当提高工件的预热温度、旋轮的进给比以及工件与模具的摩擦系数能显著改善筒形件的损伤度;旋轮的下压量对损伤度的影响呈波浪形分布;当工件预热温度为300℃左右,旋轮的下压量和进给比分别在20~30%和0.6~0.7mm/r左右,以及旋轮和芯模与工件之间的摩擦系数分别选择为0.2和0.3附近时,对筒形件的损伤影响较小。
【关键词】：7075铝合金 筒形件热反旋 Lemaitre损伤模型 旋压开裂 损伤规律
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG306
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-15
• 1.1 引言8-9
• 1.2 旋压工艺的种类及特点9-10
• 1.3 国内外研究现状10-13
• 1.3.1 筒形件旋压方面的研究10-12
• 1.3.2 塑性成形开裂行为的研究现状12-13
• 1.4 本文选题背景和意义13-14
• 1.5 研究的主要内容14-15
• 第二章 本文研究的理论基础15-24
• 2.1 引言15
• 2.2 旋压基础理论15-17
• 2.2.1 强力旋压时金属的流动规律15-16
• 2.2.2 强力旋压时应力应变分析16
• 2.2.3 旋压工艺方式的选择16-17
• 2.3 弹塑性有限元法基础17-19
• 2.3.1 各向同性弹性本构关系17
• 2.3.2 材料非线性本构关系17-19
• 2.4 损伤力学理论19-22
• 2.4.1 损伤力学的研究内容及方法19-20
• 2.4.2 Lemaitre损伤模型及损伤参数的测定20-22
• 2.5 耦合Lemaitre准则的弹塑性本构关系22-23
• 2.6 本章小结23-24
• 第三章 改进的Lemaitre损伤模型24-34
• 3.1 引言24
• 3.2 拉压异性及其实现方法24-25
• 3.3 耦合温度与应变率及其实现方法25-26
• 3.4 损伤参数的测定26-30
• 3.5 改进Lemaitre准则后的损伤模型有限元列式30-33
• 3.6 本章小结33-34
• 第四章 7075铝合金筒形件开裂模型的建立34-46
• 4.1 引言34
• 4.2 Lemaitre损伤模型子程序开发及验证34-41
• 4.2.1 Lemaitre损伤模型子程序开发34-36
• 4.2.2 用户子程序的可靠性验证36-41
• 4.3 筒形件热反旋开裂模型的建立41-44
• 4.4 筒形件热反旋开裂模型的可靠性验证44-45
• 4.4.1 有限元模型的稳定性评估44
• 4.4.2 损伤模型的可靠性验证44-45
• 4.5 本章小结45-46
• 第五章 7075铝合金筒形件热反旋开裂行为分析46-57
• 5.1 引言46
• 5.2 数值模拟成形条件46
• 5.3 热力学行为分析46-51
• 5.3.1 温度场的演化规律47-48
• 5.3.2 等效应力的演化规律48-49
• 5.3.3 等效应变的演化规律49-51
• 5.4 筒形件热反旋开裂行为分析51-56
• 5.4.1 损伤沿筒形件轴向的分布52-53
• 5.4.2 损伤沿筒形件周向的分布53-54
• 5.4.3 筒形件顶端内侧裂纹的分析54-55
• 5.4.4 筒形件根部裂纹的分析55-56
• 5.5 本章小结56-57
• 第六章 工艺参数对7075铝合金筒形件热反旋损伤行为的影响57-65
• 6.1 引言57
• 6.2 研究思路和方案的确定57-58
• 6.2.1 研究思路57-58
• 6.2.2 研究方案58
• 6.3 工艺参数对损伤的影响58-64
• 6.3.1 预热温度对损伤的影响58-59
• 6.3.2 下压量对损伤的影响59-61
• 6.3.3 进给比对损伤的影响61-62
• 6.3.4 摩擦系数对损伤的影响62-64
• 6.4 本章小结64-65
• 结论65-67
• 参考文献67-70
• 攻读硕士期间发表的学术论文70-71
• 致谢71-72

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1 叶天云;7075铝合金筒形件热反旋开裂行为研究[D];南昌航空大学;2015年

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本文编号：1036887