铝合金整体壁板多点成形韧性断裂模拟研究

发布时间：2020-05-17 08:05

【摘要】：铝合金整体壁板因具有重量轻、比强度高、刚性好的优点,成为现代飞机和高速飞行器广泛使用的一类轻量化承载零件,其成形质量是衡量航空技术水平的重要标志之一。目前工业生产中通常采用增量压弯、时效蠕变、喷丸等方式成形整体壁板,加工生产周期长、成形精度不好保证。作为一种柔性成形方法,多点成形用于铝合金整体壁板成形是一种有意义的探索。在多点对压成形铝合金整体壁板过程中,变形量较大时腹板和筋条会发生开裂,导致整块板坯报废。本文旨在研究铝合金整体壁板多点压弯成形中筋条、腹板断裂的预测问题,探索抑制断裂的措施。本文的主要研究内容和结论如下:1.不同应力状态的铝合金韧性断裂预测选用可表征壁板成形中拉伸和剪切效应的韧性断裂准则。通过对比分析确定以应力三轴度作为材料应力状态的表征参数,设计了四类具有不同缺口尺寸的拉伸试样,分析了各试样断裂区域的应力三轴度变化情况。运用韧性断裂准则预测了不同试样的断裂位置以及标距段断裂位移,并与单向拉伸试验结果对比,结果表明韧性断裂准则在整个拉剪应力范围内预测准确。2.典型筋条结构试件的多点成形断裂预测建立了I型、T型、十字型、平行和井字型筋条试件的多点压弯成形有限元模型。运用韧性断裂准则对五种筋条试件的断裂行为进行预测,并进行了多点压弯试验,对比分析结果显示预测的试件断裂位置与试验基本一致,启裂时刻对应的上模临界下压量与试验相比,误差在10%以内。基于韧性断裂机制与应力三轴度的演化历程,分析了不同形式筋条断裂的主导因素,结果表明,I型和十字型筋条为拉伸作用主导的断裂,T型、平行和井字型筋条为剪切作用主导的断裂。3.筋条试件断裂抑制方法研究以I型、T型、十字型、平行和井字型筋条试件为例,探讨了填料种类和变形量对断裂的影响规律。变形量过大,五种筋条试件都产生断裂,无法一次成形。针对上述问题,采用多道次多点成形和连续加载成形方式。结果表明,成形道次越多,试件越不易发生断裂,但加工硬化现象严重;与等差半径路径成形相比,采用等差曲率路径成形的试件韧性断裂准则积分值较小;采用上、下冲头路径可调的连续加载成形方式,可以最大程度降低裂纹出现的几率和延缓启裂时刻。4.成形参数对整体壁板断裂的影响利用有限元数值模拟分析了成形方式、冲头尺寸、冲头排布方式等成形参数对整体壁板多点压弯成形断裂的影响。结果表明,多点压弯成形方式可分散集中载荷,减小整体壁板出现断裂的几率;冲头尺寸越小,整体壁板越不易发生断裂,启裂时刻越向后推迟;采用上、下冲头交错排列的非对称多点模具排布方式,可降低韧性断裂准则积分值,提高壁板成形质量。
【图文】：

分布情况,整体壁板,机身,分布情况

图 1.1A380 机身整体壁板分布情况Fig.1.1 Distribution of integral panels in A380体壁板的优点如下[1,3,4]：1）减重效果显著：铆钉、螺钉等零件用量以及接头数量减少，减重30%。2）燃油舱段油箱的密封性强，渗漏几率小。3）疲劳寿命长：采用等强度设计，壁板可承受较高的压缩屈服载荷，疲0%~30%。4）生产效率高：减少了 67%的人工装配量，使生产周期缩减 90%。5）飞机性能好：无任何机械连接的方式使得壁板外形尺寸准确，保证了外表面光滑过渡，减小了飞行阻力。体壁板压弯成形技术研究现状

压弯成形,整体壁板

图 1.2 整体壁板压弯成形Fig.1.2 Press bend forming of integral panels整体壁板压弯成形制造方面，，美国、俄罗斯、中国均已投入到实际生产雅图公司采用压弯成形技术制造的整体壁板成功运用在波客 A380 上；美采用三点弯曲成形技术制造了商用运输飞机机身的“整体加筋”结构[8]；弯成形技术制造了苏-27、苏-30 等第三、四代飞机中的大量高筋条整体，歼 11 整体壁板以及运-8 运输机的机翼均采用压弯成形技术制造。整体壁板压弯成形设备方面，国内外都投入了大量的资金和精力。美国门成形整体壁板的大型压弯模具——威尔逊压弯机，其独特之处在于设模具和压弯凸模形状，可巧妙避开筋条直接成形壁板并使每次压出工件续。俄罗斯的压弯成形设备一直处于领先地位，推动了增量压弯成形自的发展[9]，研制了具有自适应系统的∏∏-250 和 C∏∏-250 压床设备。该模具可在空间内进行多维运动、能够进行回弹量自动化测定与修整、可
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG146.21

【参考文献】