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航空铝合金残余应力消除及评估技术研究

专 业: 机械制造及自动化
关键词: 铝合金 模锻件 残余应力 应力消除 应力控制 有限元法 加工变形 板材
分类号: V252.22
形 态: 共 119 页 约 77,945 个字 约 3.728 M内容
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内容摘要


残余应力直接影响航空铝合金结构件的疲劳强度、抗应力腐蚀能力、尺寸稳定性与使用寿命,并导致后续机械加工过程中,由于材料内部的残余应力的释放,容易产生很大的加工变形。

因此,研究航空铝合金残余应力控制与消除技术是极为重要的。

本论文主要研究了以下几个方面:1.研究了铝合金构件内部残余应力的测试与评估技术。

分析了逐层钻孔法、X射线法测量航空铝合金结构件表层残余应力的原理与方法。

研究了一种被称为裂纹柔度法的残余应力测试新技术,详细分析了其测定原理、方法与实验装置。

2.对7075铝合金板材与隔框模锻件的淬火残余应力进行了理论分析与实验研究。

建立了铝合金板材淬火过程的(热)弹塑性力学模型,推导了7075铝合金构件淬火过程瞬态温度场、应力场与残余应力场的计算方法,并在大型有限元软件ABAQUS、ANSYS上实现了7075铝合金板材与某飞机隔框模锻件淬火过程中温度场与热应力场的数值模拟,以及淬火残余应力形成和分布情况。

3.研究了机械法消除铝合金残余应力的理论与方法。

首先概述了国内外机械拉伸法(Txx51)、模压法(Txx52)与模拉压法(Txx54)的研究现状;其次,建立了机械法消除铝合金板材残余应力的弹塑性力学模型。

4.研究了深冷处理(T7x53)法消除铝合金残余应力的理论与方法。

首先概括了国内外深冷处理(T7x53)法消除铝合金残余应力的研究概况;其次,对传统的深冷处理工艺进行了重大改进,提出了一种被称为“反淬火法”的深冷处理新工艺。

5.探讨了残余应力释放引起加工变形的机理及其衡量标准。

讨论了7075铝合金板材在T73、T7351、T7352、T7353状态下的“残余应力幅度”与“残余应变能密度”。

指出:

“残余应变能”越大,残余应力释放引起的变形量也越大,但两着之间并不存在简单的线性关系..……

全文目录


文摘
英文文摘
论文说明:本文使用的主要符号列目和工艺状态代号
第一章 绪论
1.1研究背景
1.2航空整体结构件加工变形的研究概况
1.2.1引言
1.2.2航空整体结构件加工变形的产生原因
1.2.3航空整体结构件加工变形控制与校形策略研究
1.3残余应力的研究发展概况
1.3.1残余应力的定义与分类
1.3.2残余应力的产生机理
1.3.3残余应力的影响
1.3.4残余应力的测试与评估
1.4航空铝合金残余应力的研究现状
1.4.1航空铝合金淬火残余应力的控制技术研究现状
1.4.2航空铝合金淬火残余应力的消除技术研究现状
1.4.3航空铝合金残余应力的数值模拟技术研究现状
1.4.4航空铝合金残余应力测试与评估技术研究现状
1.4.5航空铝合金残余应力对加工变形的影响的评价
1.4.6存在的问题
1.5本文的研究目标、内容与方法
1.5.1研究目标
1.5.2研究内容
1.5.3研究方法
1.6论文框架与章节安排
第二章 航空铝合金板材内部残余应力的测试与评估
2.1引言
2.2钻孔法的测定原理与方法
2.2.1钻孔法的测定原理
2.2.2逐层钻孔法的测定原理
2.3X射线衍射法的测定原理与方法
2.3.1晶体的X射线衍射基础
2.3.2 X射线衍射应力分析的基本方程
2.3.3航空铝合金构件深度方向残余应力梯度的测定
2.4裂纹柔度法的测定原理与方法
2.4.1引言
2.4.2裂纹柔度法的测定原理
2.4.3柔度矩阵的数学推导与计算
2.5航空铝合金板材残余应力的测试与评估实例
2.5.1实验试样
2.5.2应变测量与实验装置
2.5.3柔度函数的计算
2.5.4实验结果与分析
2.6本章小结
第三章 铝合金构件淬火残余应力的数值模拟与实验研究
3.1引言
3.1.1研究背景
3.1.2淬火过程数值模拟的核心内容
3.2淬火过程温度场的数值模拟
3.2.1数学模型
3.2.2变分原理
3.2.3瞬态温度场有限元法的空间离散
3.2.4瞬态温度场有限元法的时间域离散
3.3淬火过程应力场的计算
3.3.1热弹性问题
3.3.2热弹塑性问题
3.3.3淬火应力场的有限元解法
3.4铝合金隔框比例件淬火残余应力的数值模拟
3.4.1铝合金材料的热力学性能参数的选择和测定
3.4.2铝合金隔板比例件淬火变形与残余应力的数值模拟
3.5铝合金淬火残余应力的实验研究
3.5.1材料与试样制备
3.5.2铝合金淬火试样的机械性能试验
3.5.3淬火残余应力的实验研究与数值模拟结果的对比分析
3.6本章小结
第四章 机械法消除铝合金结构件残余应力的研究
4.1概述
4.2机械法消除残余应力的弹塑性力学理论基础
4.2.1机械拉伸压过程的弹塑性本构方程
4.2.2机械拉伸时的弹塑性应力应变关系
4.2.3机械压缩法消除残余应力的弹塑性力学模型
4.3机械拉伸法消除残余应力的数值模拟
4.3.1铝合金预拉伸板材的生产工艺与残余应力的分布特点
4.3.2铝合金板材拉伸过程的数值模拟
4.4机械压缩法消除模锻件残余应力的数值模拟
4.4.1铝合金锻件的生产工艺与残余应力的分布特点
4.4.2机械压缩法消除模锻件残余应力的研究概述
4.4.3机械压缩法消除铝合金残余应力的数值模拟
4.4.4数值模拟结果与讨论
4.5铝合金板材残余应力的实验研究
4.5.1铝合金板材残余应力的实验测定
4.5.2数值模拟与实验结果的对比
4.6本章小结
第五章 深冷处理法消除航空铝合金构件残余应力的研究
5.1引言
5.2深冷处理研究概述
5.2.1引言
5.2.2深冷处理的分类
5.2.3深冷处理的用途
5.3深冷处理降低铝合金残余应力的机理分析
5.3.1体积收缩效应
5.3.2热弹塑性力学模型
5.3.3晶粒偏转效应
5.4深冷处理消除铝合金残余应力的试验研究
5.4.1深冷处理工艺的创新之处
5.4.2深冷处理工艺规程
5.4.3深冷处理实验过程
5.4.4深冷处理试样的测试与评估
5.4.5试验结果与分析
5.5本章小结
第六章 残余应力释放引起加工变形的分析预测
6.1引言
6.2航空铝合金板材材料去除过程的解析求解法
6.2.1板类零件材料去处时残余应力重新分布的预测
6.2.2板类零件材料去处时残余应力释放引起变形的理论预测
6.3航空铝合金构件材料去除过程的有限元模拟仿真
6.3.1有限元技术中单元去除的基本原理
6.3.2有限元模拟材料去除的算法流程
6.4铝合金构件残余应力释放引起变形的计算实例
6.4.1铝合金构件残余应力释放引起变形的理论求解
6.4.2铝合金构件残余应力释放引起变形的模拟仿真
6.5不同工艺状态残余应力释放引起变形的预测与评估
6.5.1不同工艺状态下铝合金板材的残余应力分布与应变潜能的评估
6.5.2不同工艺状态下铝合金板材加工变形的模拟仿真
6.5.3基于残余应力分布铝合金构件加工变形的实验研究
6.6本章小结
第七章 总结与展望
7.1总结
7.2展望
参考文献

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中图分类: > V252.22 > 航空、航天 > 航空 > 航空用材料 > 金属材料

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