大型铝合金构件淬火残余应力分析及其消除工艺研究

发布时间：2017-09-11 01:05

  本文关键词：大型铝合金构件淬火残余应力分析及其消除工艺研究

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【摘要】：大型7050铝合金长缘条构件经过最后一道固溶时效热处理工艺,可以大幅提高构件的力学性能,但该工艺的淬火过程引入较大的残余应力,严重降低构件的尺寸稳定性和使用寿命。因此,如何控制并消除大型铝合金构件淬火残余应力是一个值得关注的课题。论文研究了不同淬火温度对7050铝合金组织的影响,进行了材料热膨胀系数的实验测量,为数值分析模型提供可靠的材料参数。建立了淬火过程数值模型,借助ABAQUS软件,分析了构件淬火过程温度场及应力场的动态演变规律。模拟结果表明,淬火过程中,构件表面应力经历了先拉后压的状态转变,而其内部则经历了先压后拉的状态转变,最终在构件表面残留较大的压应力。尤其在腹板和筋板交汇的表面圆角处,残留的压应力更大,而在构件心部残留较大的拉应力。且淬火后构件发生了翘曲、收缩变形。研究了淬火工艺参数(介质水温、淬火温度、淬火转移时间)对构件残余应力及变形的影响规律。研究表明,介质水温对残余应力及变形的影响最大,当介质水温从25℃增加到80℃时,残余应力最大值减小了52%;淬火温度由465℃提高到495℃时,残余应力最大值提高了17%。进一步分析比较了1.5%、2.5%、4%的模压量下构件残余应力的消除水平。当施加1.5%的压缩量时,构件表面及心部残余应力消除效果均不明显;当压缩量增加至2.5%时,残余应力最大消除量达到了90%,消除效果较好;继续增大压缩量至4%,残余应力消除水平未明显提高,反而引入了新的残余应力。因此,选择2.5%的压缩量较合适。为了验证大型长缘条构件淬火残余应力数值分析模型的准确性,制作了7050铝合金小试件,完成试件淬火及模压实验,通过XRD检测了实验后的残余应力,最后采用与长缘条构件相同的仿真参数,对小试件的淬火及压缩过程进行了数值仿真。对比试件实验和仿真结果,发现二者残余应力差别较小,表明该大型构件数值分析模型较可靠。
【关键词】：7050铝合金 长缘条构件 数值仿真 淬火残余应力 模压法
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG166.3
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 残余应力研究发展概况10-13
• 1.2.1 残余应力的产生10-11
• 1.2.2 残余应力的影响11-12
• 1.2.3 残余应力的测量12-13
• 1.3 淬火模拟技术研究现状13-14
• 1.4 残余应力消除技术研究现状14-15
• 1.5 研究目标及内容15-17
• 1.5.1 研究目标15
• 1.5.2 研究内容15-17
• 2 试验材料及方法17-23
• 2.1 研究思路17
• 2.2 试验材料17-18
• 2.3 试验研究方法18-19
• 2.3.1 金相组织观察18
• 2.3.2 DSC热分析18
• 2.3.3 压缩试验18
• 2.3.4 热膨胀实验18
• 2.3.5 残余应力检测实验18-19
• 2.4 研究对象19
• 2.4.1 某大型飞机长缘条构件19
• 2.4.2 铝合金试件19
• 2.5 淬火过程的数学模型19-22
• 2.5.1 温度场数学模型19-21
• 2.5.2 应力场数学模型21-22
• 2.5.3 模压过程应力场数学模型22
• 2.6 本章小结22-23
• 3 铝合金长缘条构件淬火过程热力耦合分析23-41
• 3.1 7050铝合金淬火温度分析23-24
• 3.2 构件淬火过程数值模型24-29
• 3.2.1 构件淬火过程有限元模型的建立24-25
• 3.2.2 模拟计算参数的确定25-28
• 3.2.3 热力耦合模拟计算求解流程28-29
• 3.3 构件淬火温度场及残余应力应变分析29-35
• 3.3.1 淬火温度场分析29-31
• 3.3.2 淬火残余应力模拟结果与分析31-32
• 3.3.3 淬火残余应力变化规律32-34
• 3.3.4 构件淬火变形结果与分析34-35
• 3.4 构件残余应力及变形的控制因素35-40
• 3.4.1 淬火温度对淬火残余应力及变形的影响规律35-37
• 3.4.2 淬火介质水温对淬火残余应力及变形的影响规律37-38
• 3.4.3 淬火转移时间对淬火残余应力及变形的影响规律38-40
• 3.5 本章小结40-41
• 4 模压法消除长缘条构件残余应力的研究41-51
• 4.1 构件模压过程理论描述41-42
• 4.2 建立构件模压过程仿真模型42-44
• 4.3 构件模压分析44-49
• 4.3.1 模压量对构件淬火残余应力消除效果分析44-47
• 4.3.2 最佳压缩量下淬火残余应力变化规律47-49
• 4.4 本章小结49-51
• 5 7050铝合金试件淬火及模压过程验证分析51-60
• 5.1 试件淬火模压实验及残余应力检测51-53
• 5.2 试件淬火及模压过程模拟分析53-59
• 5.2.1 试件淬火过程及模压仿真模型建立53-54
• 5.2.2 试件淬火过程应力场模拟结果54-56
• 5.2.3 试件模压后残余应力结果与分析56-57
• 5.2.4 不同模压量下试件的残余应力57-59
• 5.3 本章小结59-60
• 6 结论及展望60-62
• 6.1 结论60-61
• 6.2 展望61-62
• 致谢62-63
• 参考文献63-67
• 附录 作者在攻读硕士学位期间发表论文的目录67

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本文编号：827683