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叶片精锻变形—传热—组织演变耦合的三维有限元分析

刘君  
【摘要】: 叶片是航空工业中一类量大面广的重要零件之一。叶片精锻过程是一个受诸多因素影响的复杂变形过程,在叶片精锻过程中变形、传热和微观组织演变之间存在着复杂的交互作用。微观组织在很大程度上决定了叶片的质量和宏观机械性能,预测和控制叶片的微观组织,对提高叶片的综合机械性能具有重要的现实意义。为此本文采用能反映微观组织演变对材料流动应力影响的本构关系和Yada形式的微观组织预测模型,实现TC4钛合金叶片精锻过程的有限元变形—传热—微观组织演变耦合分析,为合理确定叶片精锻工艺和控制叶片质量提供依据。本文的主要研究内容和结果如下: 对TC4钛合金叶片精锻过程的有限元变形—传热—微观组织演变耦合分析的关键技术问题处理方法进行了研究,在此基础上,以本实验室开发的3D-CTM系统为平台,发展了叶片精锻过程的三维刚粘塑性有限元变形—传热—微观组织演变耦合分析系统3D-CDHTM(3-Dimensional Coupled Analysis of Deformation-Heat Transfer-Microstructure Evolution)。 利用3D-CDHTM系统对TC4钛合金单榫头叶片精锻过程进行了三维有限元模拟分析,获得了不同变形阶段下典型截面的网格图和等效应力、等效应变、等效应变速率、温度场的等值线分布图,从而揭示了单榫头叶片精锻成形规律。 对TC4钛合金叶片在不同变形温度、变形速度、模具温度和摩擦条件下精锻成形时的微观组织(晶粒尺寸和体积分数)进行了预测,全面系统地分析了不同变形工艺参数对微观组织的影响。并分析了不同变形工艺参数对载荷—行程曲线的影响。


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