TC4板材金字塔点阵节点下压成形工艺及力学性能模拟

发布时间：2024-07-10 22:22

　　钛合金拥有优良的综合力学性能,被称为“航空金属”,备受航空业青睐。三维点阵结构作为新一代超轻材料,通过内部空间结构设计不仅可以获得超低的相对密度,还可集成通液布线、吸能降噪等多功能,完美契合航天器提速减重的大趋势。利用节点下压工艺制备三维点阵芯体,有利于桁架杆变形的均匀分布,提高整体强度,但是该工艺对母材塑性要求很高,目前只应用于铝合金和不锈钢等塑性较好的材料。TC4钛合金常温下塑性成形性能很差,为促进节点下压工艺在钛合金点阵制备领域的应用,本课题首先通过高温拉伸试验研究了 TC4高温下的材料流动规律,在此基础上开展了金字塔点阵节点下压成形工艺及力学性能的有限元模拟,对成形冲头及预制板参数进行优化,总结了芯体参数对金字塔结构平压及剪切性能的影响规律,主要研究工作如下:(1)开展了 TC4钛合金在不同温度和应变速率下的单向拉伸试验,研究变形参数对TC4高温成形性能的影响,对比真应力应变曲线发现,提高温度、降低应变速率可以显著改善TC4的塑性变形能力;通过金相试验观察TC4板材微观组织的演变,证实温度升高、速率降低有助于促进塑性相β的析出,从而提升TC4塑性变形能力;同时试件断口形貌分析结...

【文章页数】：93 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 钛合金的应用及本构研究现状
        1.2.1 钛合金的特点和应用
        1.2.2 钛合金高温本构方程
    1.3 三维点阵结构的研究现状
        1.3.1 三维点阵结构简介
        1.3.2 三维点阵结构的制备工艺
        1.3.3 三维点阵结构的力学性能研究及优化设计
    1.4 本文主要研究内容
第二章 TC4钛合金热拉伸试验及微观分析
    2.1 试验材料
    2.2 试验设备及热电偶校核
    2.3 试验方案
    2.4 试验结果及分析
    2.5 微观试验及分析
        2.5.1 金相试验
        2.5.2 断口形貌分析
    2.6 本章小节
第三章 TC4钛合金本构方程的构建
    3.1 Arrhenius本构方程
    3.2 Modified J-C方程
    3.3 本章小结
第四章 TC4金字塔点阵成形工艺模拟优化
    4.1 有限元模型介绍
    4.2 成形销优化
        4.2.1 初选成形销
        4.2.2 圆柱冲头参数优化
        4.2.3 方形冲头参数优化
        4.2.4 锥台销参数优化
    4.3 基于曲面相应法的板料优化
        4.3.1 预制板因素的水平确定
        4.3.2 基于响应曲面法的预制板参数优化
    4.4 本章小结
第五章 TC4金字塔结构力学性能有限元模拟
    5.1 金字塔结构相对密度计算
    5.2 等效平压模量和等效平压强度的理论推导
        5.2.1 等效平压模量
        5.2.2 等效平压强度
    5.3 等效剪切模量及强度的理论推导
        5.3.1 等效剪切刚度模量
        5.3.2 等效剪切强度
    5.4 金字塔结构平压性能有限元模拟
        5.4.1 平压模型介绍
        5.4.2 结构参数对力学性能影响规律
    5.5 金字塔结构剪切性能有限元模拟
    5.6 本章小结
第六章 结论和展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
致谢
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本文编号：4004824