本文關鍵詞：鋁合金航空整體結構件加工變形機理與預測研究

  更多相關文章： 7050-T7451鋁合金 航空整體結構件 加工變形 應力 溫度 剛度特性 預測系統(tǒng)

【摘要】：隨著航空飛行器綜合性能的不斷提高,對航空器結構件的高精度制造提出了更嚴格的要求。目前大型航空整體薄壁結構件加工變形的問題日益突出,航空結構件加工后往往發(fā)生彎曲、扭轉或彎扭組合的整體變形,難以達到設計要求,嚴重影響了航空航天產品的生產效率與成本。航空整體結構件加工變形產生的影響因素包括結構件的材料屬性、工件的結構特征、毛坯初始殘余應力、切削應力、溫度變化等。由于國內外有關整體結構件加工變形的研究往往偏重于某單一因素,對航空整體結構件變形產生機理缺乏深入了解,同時缺乏有效的變形預測手段,這都極大地限制了航空整體結構件在實際生產中的應用與發(fā)展。因此,進行航空整體結構件加工變形機理及變形預測的理論和應用研究具有重大工程意義和應用價值。本文在國家自然基金項目“基于局部應力調整航空整體結構件變形校正理論和方法研究”(51275277)和某軍工企業(yè)項目"CATIA環(huán)境下鋁合金大型結構件變形預測與補償系統(tǒng)開發(fā)”的資助下,以7050-T7451鋁合金為研究材料,針對鋁合金整體結構件加工變形機理開展研究,旨在明確回答“工件為什么變形”以及“影響變形的主次因素是什么”這兩個問題,以工程應用為最終目標,建立變形快速預測系統(tǒng)平臺。本文采用理論分析、有限元建模和試驗研究相結合的方法,分析加工過程剛度演變、應力重分布和變形的關系,通過對單因素影響作用到考慮多因素綜合影響作用的整體結構件變形預測,建立了綜合考慮加工過程工件剛度特征、毛坯初始殘余應力、加工應力以及溫度變化產生的熱膨脹等多因素耦合產生的航空整體結構件變形預測模型,有效提供鋁合金航空整體結構件的加工變形預測、控制和工藝參數優(yōu)化依據。首先,準確測定了不同溫度下7050-T7451鋁合金熱膨脹系數,構建了不同溫度區(qū)域,鋁合金預拉伸板材不同纖維方向精確熱膨脹系數數學模型,并借助Windows自帶的Access建立熱膨脹系數查詢數據庫。從鋁合金材料的組織成分和金相結構變化角度,揭示了鋁合金熱膨脹系數變化的材料學內在本質。分別采用平均熱膨脹系數和準確熱膨脹系數對工件變形進行預測分析,采用準確熱膨脹系數模型后,熱變形最大相對計算誤差由17.4%降為9.5%。以7050-T7451鋁合金預拉伸板材加工長梁隔框工件為例,通過建立加工過程有限元模型,分析航空整體結構件數控加工過程中殘余應力的演變規(guī)律,揭示加工過程整體結構比例件的變形特點以及與之相對應的殘余應力狀態(tài)關系；進行基于等效彎曲應變能的剛度計算方法研究,通過不同加工階段工件等效剛度計算,分析航空整體結構件數控加工過程中剛度變化規(guī)律；最后以隔框工件為例,分析不同隔框加工次序對工件剛度演變和應力重分布的影響,建立剛度變化-殘余應力演變-工件變形映射關系模型。結合電解剝層法和X射線衍射法,精確測定了7050-T7451鋁合金銑削加工應力幅值及拉壓特性,獲得了銑削加工應力特征曲線。揭示了銑削加工工藝參數和刀具結構參數對加工應力的影響規(guī)律,分析了影響加工應力變化的主次因素,建立了銑削加工應力經驗公式�；诨婁X合金速率的標定試驗,分析了不同毛坯初始應力和銑削應力耦合作用對不同厚度薄板變形的影響。通過化銑剝除加工應力,基于典型結構件變形對比分析,獲得了毛坯初始應力和加工應力對工件變形的影響貢獻率�；贏BAQUS仿真軟件計算內核,利用自定制應用程序二次開發(fā)技術,開發(fā)了大型鋁合金整體結構件變形預測平臺,實現了大型復雜整體結構件變形快速預測仿真分析前處理建模、作業(yè)提交及后處理操作的參數化和自動化。以某民機長梁結構件為例,分析多應力因素耦合作用下工件加工變形規(guī)律,研究加工過程,復雜長梁結構件剛度演變規(guī)律。結果表明長梁結構件主要變形方式為彎曲變形,毛坯應力是變形的主要原因,加工應力使得長梁結構件產生一定扭轉變形。
【關鍵詞】：7050-T7451鋁合金 航空整體結構件 加工變形 應力 溫度 剛度特性 預測系統(tǒng)
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：V261
【目錄】：

• 摘要10-12
• ABSTRACT12-15
• 第1章 緒論15-29
• 1.1 引言15
• 1.2 航空整體結構件制造概述15-18
• 1.2.1 鋁合金在航空航天業(yè)中的應用15-17
• 1.2.2 航空結構件及其加工特點17-18
• 1.3 航空鋁合金結構件加工變形研究現狀18-24
• 1.3.1 鋁合金整體結構件變形預測研究現狀18-20
• 1.3.2 影響整體件加工變形的主要因素分析20-21
• 1.3.3 加工變形相關技術研究現狀21-24
• 1.4 存在問題及課題的提出24-25
• 1.5 論文研究的意義、內容及總體框架25-29
• 1.5.1 論文的主要研究內容25-26
• 1.5.2 論文整體框架26-29
• 第2章 典型鋁合金材料熱物理特性及其對工件變形影響29-47
• 內容摘要29
• 2.1 引言29
• 2.2 鋁合金預拉伸板材熱膨脹特性精準建模29-39
• 2.2.1 溫度對熱膨脹系數影響微觀機理分析29-33
• 2.2.2 熱膨脹系數計算方法及其對熱變形精度影響分析33-34
• 2.2.3 7050-T7451鋁合金精確熱膨脹系數精準測量34-36
• 2.2.4 7050-T7451鋁合金精確熱膨脹系數數學建模36-39
• 2.3 材料熱膨脹系數變化機理分析39-43
• 2.3.1 基于組分特性的溫度對熱膨脹系數影響機理39-41
• 2.3.2 7050-T7451鋁合金熱膨脹系數變化分析41-43
• 2.4 溫度變化對整體結構件變形影響分析43-46
• 2.5 本章小結46-47
• 第3章 基于剛度與應力演變機制的整體結構件變形預測理論建模47-79
• 內容摘要47
• 3.1 引言47
• 3.2 整體結構件加工過程中剛度變化特性與理論建模47-60
• 3.2.1 等效剛度計算原理48-53
• 3.2.2 加工過程長梁件剛度演變規(guī)律53-60
• 3.3 材料去除過程毛坯應力演變規(guī)律60-66
• 3.3.1 典型鋁合金預拉伸板材殘余應力分布規(guī)律60-61
• 3.3.2 整體結構件加工變形有限元建模61-63
• 3.3.3 應力演變規(guī)律63-66
• 3.4 剛度變化-殘余應力演變-工件變形映射關系模型建立66-76
• 3.4.1 基于材料去除效應的附加力矩分析67-71
• 3.4.2 基于附加力矩的變形計算71-74
• 3.4.3 三框結構件加工變形試驗研究74-76
• 3.5 本章小結76-79
• 第4章 加工應力產生規(guī)律及其對工件變形影響研究79-113
• 內容摘要79
• 4.1 引言79
• 4.2 切削加工應力產生機理分析79-87
• 4.2.1 切削力建模79-83
• 4.2.2 工件表層溫度場建模83-84
• 4.2.3 基于應力松弛算法的加工殘余應力計算模型84-87
• 4.3 工藝參數對鋁合金板材銑削應力影響87-96
• 4.3.1 航空鋁合金7050-T745 1正交銑削試驗87-90
• 4.3.2 試驗結果90-91
• 4.3.3 航空鋁合金銑削殘余應力經驗公式模型及分析91-96
• 4.4 刀具結構參數對鋁合金板材銑削應力影響96-103
• 4.4.1 刀具選定及試驗設計96-98
• 4.4.2 不同刀具結構參數對加工應力影響結果分析98-103
• 4.5 加工應力對不同壁厚薄板變形影響分析103-110
• 4.5.1 鋁合金化銑速率標定103-105
• 4.5.2 銑削應力對薄板變形影響105-108
• 4.5.3 銑削應力對薄板變形有限元分析108-110
• 4.6 毛坯應力/加工應力對結構件變形影響試驗研究110-111
• 4.7 本章小結111-113
• 第5章 整體結構件加工變形預測系統(tǒng)113-129
• 內容摘要113
• 5.1 引言113
• 5.2 結構件變形預測系統(tǒng)開發(fā)關鍵技術113-115
• 5.3 基于ABAQUS二次開發(fā)變形仿真系統(tǒng)設計115-119
• 5.3.1 仿真系統(tǒng)結構設計116-117
• 5.3.2 仿真系統(tǒng)的開發(fā)流程117-119
• 5.4 復雜民機長梁結構件加工變形分析實例119-127
• 5.4.1 民機長梁結構件加工變形預測119-122
• 5.4.2 民機長梁結構件加工過程剛度演變122-124
• 5.4.3 民機長梁結構件多因素耦合作用變形分析124-127
• 5.5 本章小結127-129
• 第6章 結論與展望129-133
• 6.1 工作總結129-130
• 6.2 工作展望130-133
• 參考文獻133-141
• 攻讀學位期間發(fā)表的學術論文及參加科研項目141-143
• 致謝143-145
• 部分已發(fā)表英文論文145-164
• 學位論文評閱及答辯情況表164

【參考文獻】

中國期刊全文數據庫 前6條

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本文編號：850883