叶片精锻变形—传热—组织演变耦合的三维有限元分析

发布时间：2017-05-16 19:22

  本文关键词：叶片精锻变形—传热—组织演变耦合的三维有限元分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 叶片是航空工业中一类量大面广的重要零件之一。叶片精锻过程是一个受诸多因素影响的复杂变形过程，，在叶片精锻过程中变形、传热和微观组织演变之间存在着复杂的交互作用。微观组织在很大程度上决定了叶片的质量和宏观机械性能，预测和控制叶片的微观组织，对提高叶片的综合机械性能具有重要的现实意义。为此本文采用能反映微观组织演变对材料流动应力影响的本构关系和Yada形式的微观组织预测模型，实现TC4钛合金叶片精锻过程的有限元变形—传热—微观组织演变耦合分析，为合理确定叶片精锻工艺和控制叶片质量提供依据。本文的主要研究内容和结果如下： 对TC4钛合金叶片精锻过程的有限元变形—传热—微观组织演变耦合分析的关键技术问题处理方法进行了研究，在此基础上，以本实验室开发的3D-CTM系统为平台，发展了叶片精锻过程的三维刚粘塑性有限元变形—传热—微观组织演变耦合分析系统3D-CDHTM(3-Dimensional Coupled Analysis of Deformation-Heat Transfer-Microstructure Evolution)。 利用3D-CDHTM系统对TC4钛合金单榫头叶片精锻过程进行了三维有限元模拟分析，获得了不同变形阶段下典型截面的网格图和等效应力、等效应变、等效应变速率、温度场的等值线分布图，从而揭示了单榫头叶片精锻成形规律。 对TC4钛合金叶片在不同变形温度、变形速度、模具温度和摩擦条件下精锻成形时的微观组织(晶粒尺寸和体积分数)进行了预测，全面系统地分析了不同变形工艺参数对微观组织的影响。并分析了不同变形工艺参数对载荷—行程曲线的影响。
【关键词】：钛合金 叶片精锻 三维数值模拟 耦合分析 微观组织
【学位授予单位】：西北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：TG316
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-6
• 论文的主要创新与贡献6-10
• 第1章 绪论10-23
• 1.1 引言10-11
• 1.2 钛合金及其锻造成形技术11-14
• 1.2.1 钛合金的基本特性与应用11
• 1.2.2 钛合金的微观组织与性能11-13
• 1.2.3 钛合金锻造成形13-14
• 1.3 叶片锻造技术的研究现状及发展趋势14-15
• 1.4 数值模拟在叶片锻造过程中的应用15-17
• 1.5 热锻成形过程中微观组织模拟的研究进展17-20
• 1.6 选题的背景与意义20-22
• 1.7 本文主要研究内容22-23
• 第2章 刚粘塑性有限元基本原理及传热问题的数值分析方法23-39
• 2.1 引言23
• 2.2 基本假设与基本方程23-25
• 2.2.1 刚粘塑性材料塑性变形的基本假设23-24
• 2.2.2 刚粘塑性有限元基本方程24-25
• 2.3 刚粘塑性有限元法的变分原理25-26
• 2.4 三维刚粘塑性有限元求解方程26-33
• 2.4.1 三维刚粘塑性有限元求解列式27-31
• 2.4.2 Newton-Raphson求解列式31-33
• 2.5 塑性变形过程中传热学基本理论33-35
• 2.5.1 非瞬态传热问题的基本方程33
• 2.5.2 初始条件和边界条件33-35
• 2.6 传热问题的变分原理和有限元求解列式35-38
• 2.6.1 传热问题的变分原理35
• 2.6.2 传热问题的有限元求解列式35-37
• 2.6.3 热传导方程的差分格式及解的稳定性37-38
• 2.7 本章小节38-39
• 第3章 关键技术问题的处理和模拟系统的结构39-50
• 3.1 引言39
• 3.2 初始速度场的生成39-41
• 3.3 收敛判据与减速因子的确定41-43
• 3.3.1 收敛判据41
• 3.3.2 减速因子的确定41-43
• 3.4 摩擦接触边界的处理43-44
• 3.5 传热边界条件的处理44-46
• 3.5.1 对流和辐射边界的处理44-45
• 3.5.2 变形体与模具接触面上热边界条件的处理45-46
• 3.6 时间增量步长的确定46
• 3.7 塑性变形-传热-微观组织演变耦合分析46-48
• 3.8 模拟系统的结构48-49
• 3.9 本章小节49-50
• 第4章 叶片精锻变形-传热-微观组织演变耦合分析50-64
• 4.1 引言50
• 4.2 有限元模型建立与模拟条件50-52
• 4.3 模拟结果与分析52-60
• 4.3.1 叶片变形过程52
• 4.3.2 叶片锻造过程的三维场变量分析52-60
• 4.3.2.1 典型截面的网格变化52-54
• 4.3.2.2 典型截面的场变量分布54-60
• 4.4 叶片精锻过程的载荷-行程曲线60-62
• 4.5 本章小结62-64
• 第5章 叶片精锻过程的微观组织预测64-75
• 5.1 引言64
• 5.2 组织预测模型与模拟方案64-65
• 5.3 叶片精锻过程的微观组织预测结果与分析65-73
• 5.3.1 典型截面的微观组织65-67
• 5.3.2 工艺参数对微观组织的影响67-73
• 5.3.2.1 变形温度的影响67-69
• 5.3.2.2 变形速度的影响69-70
• 5.3.2.3 模具温度的影响70-72
• 5.3.2.4 摩擦条件的影响72-73
• 5.4 本章小结73-75
• 结论75-77
• 参考文献77-82
• 攻读硕士学位期间发表和待发表的论文82-83
• 致谢83-84

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 刘君;刘郁丽;杨合;李虹艳;;基于多场耦合分析的TC4叶片精锻成形的微观组织模拟[J];塑性工程学报;2007年04期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 吕成;数值模拟技术在燃气轮机零部件锻造及热处理过程中的应用[D];大连理工大学;2007年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 李晔;TC6本构关系及叶片微观组织模拟研究[D];沈阳理工大学;2010年

2 于广义;TA11二级叶片精锻成形过程微观组织的数值模拟[D];沈阳理工大学;2011年

3 顾亚萍;基于热力耦合模拟的带阻尼台叶片精锻成形规律研究[D];西北工业大学;2006年

4 王金吕;前轴精制坯辊锻成形过程的数值模拟与优化[D];南昌航空工业学院;2006年

5 姜晓辉;螺旋桨后桨半固态成形数值模拟及模具设计[D];哈尔滨工业大学;2006年

6 欧新哲;金属环件热辗扩宏微观变形三维热力耦合有限元分析[D];西北工业大学;2007年

7 叶永南;AZ31镁合金往复挤压成形热力耦合模拟研究[D];西安理工大学;2007年

8 张杰刚;TC21钛合金锻造工艺的数值模拟研究[D];南京航空航天大学;2007年

9 王中原;TC11一级整流叶片精锻成形规律研究[D];沈阳理工大学;2012年

10 王伟;核电材料SA508-3钢非均匀热变形实验与数值模拟研究[D];上海交通大学;2013年

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本文编号：371725