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含缺陷层状金属复合板等离子体弧柔性成形研究

姜继尚  
【摘要】: 层状金属复合板材是由两种或者两种以上性能不同的单组元金属板材通过特殊的加工制备方法复合而成。由于层状金属复合板材具备各组分金属板材的特点,可以根据需要制备出性能优良、价格相对低廉的板材。因此,层状金属复合板材在航空航天、造船、化工、汽车等领域具有广阔的应用前景。 层状金属复合板材的日趋广泛应用导致板件成形技术逐渐成为研究热点。层状金属复合板等离子体弧柔性成形技术不需要花费大量的时间和资金来制造工模具,对降低新产品的开发成本、缩短开发周期具有积极意义。但是,在层状金属复合板制备过程中,在基、复板结合区经常出现一些孔洞、微裂纹、结合不充分等缺陷。这些缺陷在等离子体弧柔性成形的过程中,有可能影响金属复合板件成形质量,甚至会引起板件成形失效。针对这一问题,在国家自然科学基金(50775019)的资助下,本文对含缺陷层状金属复合板等离子体弧柔性成形进行了研究,主要工作如下: (1)分析了层状金属复合板的研究现状、制备方法、复合机理,并重点对其结构与性能特点进行了研究; (2)利用有限元分析软件ANSYS对含缺陷层状金属复合板等离子体弧柔性成形过程进行了数值模拟,通过研究板件温度场、应力场、位移场的变化规律,得到了层状金属复合板结合区缺陷对板件成形质量的影响规律,探索了结合区缺陷在柔性成形过程中引起板件成形失效的机理,并为后续实验研究提供了参考依据; (3)针对层状金属复合板结合区缺陷的多样性,本文对缺陷的形状、尺寸、位置对板件成形的影响进行了研究和分析,得到了其对板件成形的影响规律; (4)建立、完善了实验装置,进行了光弹性实验和层状金属复合板的等离子体弧柔性弯曲成形实验,通过实验结果和理论分析结果的对比,有效验证了本文有限元理论分析方法的可行性以及所得结论的正确性。 上述研究工作,对进一步扩大等离子体弧柔性成形技术的应用范围,发展层状金属复合板的柔性化成形技术,提高板件成形质量,避免成形失效具有积极意义。


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