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A17050-T7451整体结构件热膨胀变形特性分析

孙福来  
【摘要】:铝合金航空整体结构件由于质量轻,结构强度高等原因而广泛应用于航空航天领域。但由于航空整体结构件尺寸大(可大至数米甚至二三十米),结构复杂,形状精度要求很高。对于大尺寸薄壁结构航空整体结构件,由于加工过程周期长,加工过程中环境温度的变化与切削热的产生会导致工件的温度发生变化,导致工件不同部位的变形不协调,在装夹状态下产生热应力,毛坯初始残余应力、加工应力、装夹应力等叠加导致工件数控加工变形。温度的变化是导致该类零件数控加工变形的因素之一,随着数控加工精度要求的提高,工件温度的变化对加工变形的影响必须考虑在内。 针对A17050-T7451铝合金预拉伸板材大型框类整体结构件的数控加工过程中由于环境温度引起的热变形。从理论分析与有限元仿真两方面进行研究,预测结构件因热膨胀变形引起的加工误差,掌握其热变形规律,为该零件数控加工热变形的补偿提供参考。 线膨胀系数是计算热膨胀变形的主要参数之一,通过对线膨胀系数对热变形计算精度的影响分析,并针对A17050-T7451铝合金预拉伸板材因预拉伸处理等因素引起的三维方向上线膨胀系数变化不同,通过实验测量了其热膨胀数据,并对实验结果分析,得到了该铝合金在不同方向上线膨胀系数随温度变化的规律。 结合具体零件结构采用理论、模拟仿真相结合的方式研究该类零件的热变形规律。通过从复杂结构零件中分离出不同截面结构进行了热膨胀变形的理论计算与仿真,建立薄壁框类铝合金结构件热变形的计算模型与数值分析模型,分析了热膨胀过程引起的结构变形与热应力。 结合不同截面热膨胀变形特性,针对具体大型航空整体结构件,对其进行了有限元热膨胀变形分析,同时考虑装夹的影响,分析了温度变化时,该类零件的变形特点,以及由此引起的热应力与对数控加工精度的影响。


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