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《东北大学》 2015年
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高温合金叶片辊轧成形数值模拟及边部损伤研究

霍晓佩  
【摘要】:冷辊轧成形技术是航空发动机叶片制造的发展趋势之一,它不仅能够提高叶片的机械性能、产品质量,并且具有工序少、生产高效、成本低廉等优势。但是由于工艺难度较大冷辊轧成形过程中易出现侧向弯曲、型槽不易充满、型面失真、边部裂纹损伤等工艺缺陷,因此对叶片冷辊轧成形金属流动规律和成形机理进行研究具有重要意义。本文以某型号航空发动机叶片作为研究对象,利用有限元软件DEFROM-3D建立数值模拟平台对GH4169合金叶片冷辊轧成形规律及边部裂纹损伤缺陷进行研究。本文首先选定适用于高温合金叶片冷辊轧成形的Yoshida-Uemori本构模型,采用二次开发技术将该本构模型添加到流动应力用户子程序中,利用开发后的本构模型对叶片冷辊轧成形进行数值模拟。其次为了准确研究叶片边部裂纹损伤缺陷,确定GH4169合金在冷辊轧成形中适用的韧性断裂准则,并验证了采用GH4169合金力学性能实验与模拟仿真相结合的方法求取韧性阈值的可行性,在不设阈值的情形下初步确定适用于冷辊轧成形的韧性断裂准则,然后通过差值与变异系数对比的方法确定Normalized CL为最适用的准则,在边部裂纹损伤分析中设置该准则和相应阈值0.9095。然后通过仿真定量分析了各时刻叶片锻件变形区内等效应力、等效应变、轧制力、速度场的分布情况;通过多组数值模拟,分析研究了摩擦系数、辊轧转速、下压量的变化对叶片冷辊轧成形的影响规律,表明随着摩擦系数的增大,滑移量略有增大,摩擦系数增大不利于展宽形成;辊轧转速为0.8rad/s可以获得理想的展宽;下压量的增大会导致叶片锻件边部形状不规则甚至出现裂纹缺陷;这些规律为叶片锻件与辊轧模具的优化设计提供了理论依据。最后在确定韧性准则的前提下,通过分析摩擦系数、辊轧转速、下压量对叶片锻件边部裂纹损伤的影响规律,表明下压量是影响叶片锻件出现裂纹损伤的主要因素并给出工艺参数范围为0-0.10mm。应用单元删除法得到叶片锻件边部出现损伤直至出现裂纹的整个过程,对叶片边部裂纹缺陷的成形机理及预防边部出现裂纹缺陷提供了指导。
【学位授予单位】:东北大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:V263

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