航空铝合金残余应力引起构件变形的数值模拟

【摘要】： 7000和2000系列变形铝合金具有优良的力学性能与加工性能等，是各种军用与民用飞机的主要结构材料。这些铝合金为获得高强度，必须进行固溶与时效处理，其中在淬火过程中会产生很大的残余应力。残余应力的存在直接影响构件的疲劳强度、抗应力腐蚀性能及尺寸稳定性，并导致后续机械加工过程中产生变形。因此，研究航空铝合金构件中的淬火残余应力就显得非常重要。本文主要采用数值模拟、理论分析、实验验证等方法，对航空构件淬火残余应力的产生及影响进行了研究。主要工作集中在以下几个方面： 1、阐述了本学位论文的选题背景，在查阅国内外研究文献的基础上，归纳总结了航空铝合金淬火残余应力的研究概况，给出了论文的主要研究目标、内容及方法。 2、建立了航空铝合金板材淬火过程的弹塑性力学模型，对航空铝合金板材温度场与应力场进行了数值模拟，模拟过程考虑了材料特性随温度变化的影响，并对不同的淬火影响因素进行了分析。对机械拉伸法消除铝合金板材残余应力进行了模拟研究，将研究结果与相关文献实验结果作了比较验证，取得了较好的一致性。 3、研究了铝合金板材材料去除过程中由残余应力释放引起变形的数值求解方法。采用有限元的方法模拟了铝合金板材在不同工艺条件 浙江工业大学硕士学位论文 下残余应力释放引起的变形问题，并制备试验件进行了变形实验验证， 数值模拟结果与实验结果基本吻合。 4、建立了某军用飞机隔框零件比例件三维淬火过程有限元模型， 模拟得到其三维瞬态温度场与应力场。研究了隔框比例件在不同材料 去除过程中由残余应力释放引起的变形问题。对底面加工、槽面加工 时残余应力释放引起的变形进行数值模拟，得到了残余应力对隔框构 件加工变形影响最小的材料去除方式。 本文的研究得到了国家自然科学基金(项目号:50175102)与浙 江省自然科学基金(项目号:M503034)的资助。