线性聚酰亚胺粉末冷等静压成型模拟及验证

文摘为了实现聚酰亚胺模塑粉的等静压近净成形,采用有限元软件ABAQUS对线性聚酰亚胺模塑粉的冷等静压(CIP)成型过程进行了模拟分析,利用Cam-Clay模型分析了圆柱体和长方体结构冷等静压成型前后的尺寸变化,并进行检验。结果显示圆柱体模拟与实验结果的误差在2.5%以内,长方体误差控制在4%以内,表明该模拟分析较准确预测了制件的尺寸变化。     

置氢TC4钛合金粉末热等静压制件组织与性能研究

采用置氢钛合金粉末热等静压成形与钛合金热氢处理技术相结合的新工艺路线制备合金,研究了置氢量及热等静压工艺参数对置氢TC4合金粉末热等静压制件组织性能的影响规律。结果表明:随着置氢量的增加,置氢TC4合金粉末热等静压后制件的密度呈逐渐增高的趋势;热等静压制件的片层状组织尺寸变薄、针状的组织变细,等轴颗粒组织愈来愈多;退火后制件的显微组织中等轴状的颗粒增多,压缩屈服强度和抗压强度均逐渐增大;热等静压制件与粉末原料的氢含量及相组成基本相近,真空退火除氢后氢含量则达到了安全使用水平,置氢量0.42%TC4合金粉末热等静压制件致密效果好、综合力学性能高。     

LF3铝合金管自由磁胀形工艺及其形状控制

研究了LF3铝合金管无模电磁胀形工艺及不同工艺参数对胀形形状的影响规律，结果表明，放电能量，不同材料的保护管，放电频率及管坯成形长度对胀形形状有着显著影响，通过调整和选择上述工艺参数，可以控制圆管的胀形形状。成形管的中部形状为圆筒状，随状为形能量和频率增大，成形管径向变形也随之增大，而管坯端口处则随着保护管材料电阻的增大，口部由锥形向喇叭形变化，管坯成形长度对制件形状的影响表现为成形长度增加，制件中部圆筒状长度也增加，而端口部均呈尺寸大致相同的锥形或喇叭形，当管坯成形长度大于40mm时，在成形能量相同的条件下，制件在管坯端口和固定器附近的变形几乎一致，而与成形长度无关。     

面向航空铝合金薄壁深腔构件的冲击液压成形工艺优化

为实现冲击液压成形下LY12铝合金薄壁深腔构件的一道次成形,采用响应面法结合冲击液压成形实验进行成形中的工艺参数优化研究。以减薄率和贴模率为响应量,压边力和冲击压力为优化变量,建立响应量与优化变量间的响应模型。选择中心复合设计法进行实验设计,通过Design Expert 12软件设计实验方案,分别建立关于减薄率的一阶响应模型和关于贴模率的二阶响应模型。优化结果表明当压边力为1.443 MPa、冲击压力为12.594 MPa时可满足减薄率和贴模率优化条件。通过验证实验得到的筒形件其减薄率和贴模率与预测值相对误差不超过5%。研究结果表明建立的响应面模型准确性和预测性良好,采用优化后的工艺参数成形的筒形件满足减薄率和贴模率要求。     

增量成形研究进展

重点综述了新型增量成形技术中的4类典型成形工艺,即局部不均匀加载下板面内弯曲增量成形、单点增量成形、多点柔模成形、高速冷滚打成形就其成形原理、工艺、设备及研究现状等方面的研究成果,并提出了这类新型增量成形的研究方向.     

LF3铝合金管自由电磁胀形工艺及其形状控制

研究了LF3铝合金管无模电磁胀形工艺及不同工艺参数对胀形形状的影响规律。结果表明 ,放电能量、不同材料的保护管、放电频率及管坯成形长度对胀形形状有着显著影响 ,通过调整和选择上述工艺参数 ,可以控制圆管的胀形形状。成形管的中部形状为圆筒状 ,随着变形能量和频率增大 ,成形管径向变形也随之增大 ,而管坯端口处则随着保护管材料电阻的增大 ,口部由锥形向喇叭形变化。管坯成形长度对制件形状的影响表现为成形长度增加 ,制件中部圆筒状长度也增加 ,而端口部均呈尺寸大致相同的锥形或喇叭形。当管坯成形长度大于 40mm时 ,在成形能量相同的条件下 ,制件在管坯端口和固定器附近的变形几乎一致 ,而与成形长度无关     

变摩擦控制厚度分布的TC4深筒形件正反向超塑成形

以正反向超塑成形厚度均匀的TC4钛合金深筒形件为背景,采用MARC有限元模拟分析了正反向超塑成形时预成形模和终成形模的表面摩擦系数对成形件壁厚分布的影响.结果表明:合理地增大预成形模的表面摩擦力能显著增加预成形的局部减薄作用,对于提高零件最终壁厚分布均匀性有利.同时,合理减小终成形模的摩擦力,可以使板料褴体变形均匀化,壁厚分布趋于均匀.根据模拟结果,采用机械加工方法增加预成形模表面粗糙度以增大摩擦力,在终成形模表面喷涂润滑剂以降低摩擦力,通过正反向超塑成形实验制得厚度分布在1.50～1.78mm范围内的航天用TC4钛合金深简形件,比普通正反向超塑成形件厚度分布(1.18～2.24mm)有了很大改善.     

TA15钛合金超薄中空四层结构超塑成形/扩散连接一体化成形及精度控制

本文采用TA15钛合金热轧薄板作为原材料,探究超薄中空四层结构的超塑成形/扩散连接工艺。首先通过高温拉伸试验对TA15钛合金的超塑变形行为进行研究,获得了超塑成形过程的应力–应变曲线。然后通过有限元软件对薄壁横向局部贯通四层纵筋结构的超塑成形过程进行模拟,对成形过程中壁厚减薄、应力分布等行为进行研究,为后续超塑成形/扩散连接试验提供有效指导。最终成功制备了芯板直立筋良好、三角区宽度仅0.9 mm的超薄中空四层结构,其中面板最大减薄率为18.6%,芯板最大减薄率为55.1%,芯板与面板之间扩散连接区域的焊合率为92.1%～98.5%。TA15钛合金板材的原始显微组织晶粒细小破碎且呈等轴状,平均晶粒尺寸小于5μm,经长时间的超塑变形与热暴露后晶粒显著长大。     

金属橡胶用异型不锈钢微丝轧制成形对组织性能的影响规律研究

采用光学显微镜、三维视频显微系统、扫描电镜、X射线衍射、有限元仿真模拟等技术,研究了金属橡胶构件以不同轧制率度冷轧以及410～1270℃热轧异型小锈钢微丝的微观组织结构和力学性能的变化规律.实验结果表明,φ0.4mm的原材料冷拉拔不锈钢微丝中形变马氏体含量为82.1%,经冷轧成形后有所增加,经热轧后则有不同程度的减小.轧制成形异型不锈钢微丝内部存在的微孔体积分数比轧制前有所减小,尤其是在固定轧制速率下随轧制温度的降低而减小.冷轧成形异型不锈钢微丝的抗拉强度高达1374～1553MPa,硬度为402～510 HV.若轧制率一定,异型不锈钢微丝的抗拉强度和硬度随轧制温度的升高而降低,延伸率随之增大.模拟结果表明,异型不锈钢微丝轧制成形后截面的变形区域为49.8%.     

工艺参数对Ti75 合金筒形件旋压成形的影响

建立了Ti75合金筒形件旋压三维有限元模型,分析了旋压过程中应力应变的分布规律.得到了进给速率、减薄率和旋轮工作角三个关键工艺参数对旋压过程的影响规律:随着旋轮工作角、进给速率和减薄率的增加,旋压力和隆起高度均增大;等效塑性应变随着减薄率的增加而增大,随进给速率的增大而减少,进给速率超过1 mm/s时,等效塑性应变基本保持不变;工作角小于20°范围内变化时,最大等效塑性应变几乎不变,当旋轮工作角超过25°,最大等效塑性应变迅速增大.     

涡轮径向轮缘密封非定常燃气入侵和封严效率的数值研究

为防止燃气入侵涡轮盘腔,提高运行安全性,对盘腔和轮缘密封间隙内非定常流动机理进行了深入研究。采用数值求解三维URANS（Unsteady Reynolds Averaged Navier-Stokes）和SST湍流模型的方法,研究了涡轮径向轮缘密封的非定常燃气入侵和封严效率。数值计算的径向轮缘密封的封严效率和环量比与实验数据吻合一致,验证了数值方法的可靠性。分析了6种冷气流量下径向轮缘密封的非定常压力分布、封严效率和燃气入侵与冷气出流特性。研究表明：冷气流量的增加阻止了径向轮缘密封处的燃气入侵和强化了冷气出流,径向轮缘密封盘腔内的封严效率随着冷气流量的增加而增加;动盘附近的封严效率高于静盘;入侵燃气基本被限制在径向轮缘密封的间隙区域。径向轮缘密封间隙出口处的主流周向时均压力随着冷气流量的增加而增加,周向时均压力最大值与最小值的差值随着冷气流量的增加而减小。当动叶前缘与静叶尾缘距离较近且不断靠近的过程,主流周向压力最大值与最小值的差值增大,动静叶相分离的过程周向压力最大值和最小值的差值减小。在静叶和动叶间非定常干涉作用下,轮缘密封间隙出口区域主流周向压力最大值与最小值差值较大时刻的主流低压区域具有优良的封严效率,同时高压区域的燃气入侵导致封严效率降低。     

基于CFD内流耦合仿真的燃油柱塞泵滑靴副动态润滑特性研究

针对航空燃油柱塞泵滑靴副自适应油膜的动态润滑问题,基于牛顿拉夫逊方法,建立了考虑滑靴副油膜支承作用与其动力学状态动态耦合关系的滑靴副润滑计算模型。在此基础上,计入前级部件内流作用对油膜特性的影响,通过CFD内流分析和Reynolds润滑模型相结合的仿真方法,对航空柱塞泵滑靴副及其前级部件进行了一体式联合仿真研究。研究结果表明:仿真与试验结果的误差保持在4.3%以内,CFD仿真方法可以实现对滑靴副前级部件内流场的准确模拟;转速从4kr/min增至5kr/min时,膜厚的最大倾覆值减小至原数值的27.15%,并且低压区滑靴厚度变化率的增大率最大可达62.02%;而出口压力增大率为66.7%时,引起全周期内膜厚变化率波动幅度不同程度的增大;在转动周期内,滑靴的自适应润滑效果通过油膜厚度场和压力场的耦合变化形成自适应动压支承效应来实现。     

马赫数可控的方转圆高超声速内收缩进气道试验研究

基于反正切马赫数分布的弥散反射激波中心体轴对称基准流场,设计了方转圆内收缩进气道,并对其进行自由射流试验和数值仿真,获得该类进气道设计点的工作特性。试验结果表明：进气道顶板压力分布具有反正切曲线特征,总体性能优良且出口涡流区较小,上述设计方法可行有效。设计点时出口总压恢复系数达到0.561,增压比为26.2,临界反压约为135倍来流静压,对应的总压恢复系数为0.210。当带4°攻角时,进气道出口增压比增加49.6%的同时总压恢复系数降低了17.5%。     

机动飞行条件下双转子系统动力学建模与响应分析

考虑航空发动机双转子中介轴承的耦合作用及陀螺力矩的影响,利用Lagrange方程建立了机动飞行条件下双转子-滚动轴承支承耦合系统动力学模型，对耦合双转子系统的动力学特性进行了理论与实验研究.结果表明:随着内外转子转速比增大，高压转子振动幅值减小，分岔点处转速增大，最大增幅近67.49%.机动飞行使转子的振动响应幅值增大，出现较多分频.在跃升和横滚飞行姿态下，高压转子响应主要表现为:随着跃升速度增加，高压转子振动幅值明显增加，最大增幅近409.24%，分岔点对应的速度增大；在横滚速度增大时，转子振动特性主要表现为从复杂的运动形态变换到单周期运动形态,转子的振动幅值明显增加.利用基础运动双转子模型实验台对跃升和横滚两种飞行姿态下耦合双转子系统的部分动力学特性进行了实验研究,实验结果与数值模拟结果有较好的一致性，证明了计算结果的正确性.      

客机通风系统中风扇流量特性数值模拟与研究

研究客机通风系统中某型风扇在变流量条件下风扇各个性能参数的变化趋势。用基于CFX的数值模拟的方法得到了各流量下的风扇效率、压升、功率等参数和叶片表面静压力分布以及流场中的漩涡结构。计算与分析表明总压效率在一定范围内会随流量增大而增加，当流量达到一定值后再增加流量会使效率急剧降低。另外，流量的变化导致叶片表面静压力以及风扇所受气动力的变化，在低流量下，叶轮所受气动力存在一个最低点。在给定的流量范围内流场中的漩涡结构也会随流量变化，这主要是因为流量变化引起了攻角的变化。     

边界条件对变循环发动机多维度仿真模型的影响研究

为了研究变循环发动机（Variable Cycle Engine,VCE）多维度仿真模型中整机零维仿真模型与核心机驱动风扇级（Core Driven Fan Stage,CDFS）三维仿真模型之间边界参数传递处理方式对计算结果的影响,建立了CDFS和前可变面积涵道引射器（Forward Variable Area Bypass Injector,FVABI）耦合三维仿真模型及CDFS单部件三维仿真模型,对比了CDFS工作特性及出口区域静压分布的差异,并采用迭代耦合方法将CDFS工作特性耦合于循环参数分析,研究了CDFS出口静压分布差异对VCE多维度仿真模型计算结果的影响。结果表明,耦合仿真模型中CDFS稳定工作范围随着内涵出口静压变化而变化,其数值喘振点的换算流量与CDFS单部件仿真模型存在明显的差异。FVABI部件的存在降低了内涵出口及FVABI出口的平均静压边界条件对CDFS出口区域静压分布的影响,而且CDFS内、外涵流量分配会显著影响CDFS出口区域的静压分布。因此,由耦合仿真模型得到的CDFS出口区域静压分布更为真实、合理。超声速巡航工况下,相较于在CDFS出口使用平均静压边界条件,VCE多维度仿真模型在使用真实静压分布之后,CDFS内涵压比和等熵效率基本不变,CDFS外涵压比和等熵效率分别降低了0.86%和2.27%,导致VCE推力升高了0.41%,且迭代次数大幅降低。     

铝合金薄板零件橡皮囊成形屈曲分析与实验

为了抑制铝合金薄板类零件在橡皮囊成形后出现屈曲的缺陷,采用薄板屈曲微分方程对零件成形后的屈曲进行理论分析,并通过橡皮囊成形实验研究自然时效时间和成形压力对屈曲缺陷的影响。理论分析结果表明：零件法兰屈曲波数与其内外径比有关,通过改变法兰宽度进行实验验证,实验结果与理论分析结果相符;而成形实验结果表明,屈曲缺陷高度随板料自然时效时间的增加而增加,随成形压力的增加而减少。因此,理论分析结果有效,并且可通过减少淬火后成形时间和增加成形压力来抑制屈曲缺陷。     

核心机驱动风扇级匹配特性分析

核心机驱动风扇级(CDFS)是双涵道变循环发动机(DBE)的核心部件之一。为了深入研究CDFS在双涵道模式下的特点,利用CDFS匹配特性图,结合三维数值模拟分析了DBE中CDFS的匹配特性(单涵道模式工作点为设计点,双涵道模式工作点为匹配点)。结果表明,给定双涵道模式的匹配流量和压比时,增加匹配转速使转子负荷降低,静子负荷增加,可以调整匹配转速使CDFS性能最佳;给定双涵道模式的匹配流量和转速时,增加匹配压比使转子和静子的负荷同时增加,匹配压比较高时,工作点效率较高但裕度较低;仅给定匹配流量时,可以调整匹配转速和压比改变CDFS在双涵道模式的工作特性,获得满足某个约束条件的最佳状态。     

下腹板长度对单边膨胀喷管性能的影响

在落压比为4~60范围内,对两个不同下腹板长度的单边膨胀喷管模型进行了试验研究,得到了其壁面静压分布,并对4种不同下腹板长度的喷管模型进行了数值模拟研究,获得了总体性能参数.结果表明:在整个落压比范围内,喷管流动都呈现很强的三维特征,而且在高落压比条件下上膨胀面两侧边气流出现了横向分离.喷管轴向推力系数峰值随下腹板长度增大而增加,峰值对应的落压比也逐渐增大并趋近设计点.在落压比为30~80范围内,轴向推力系数随着下腹板长度增大而增加,在设计点轴向推力系数的最大值和最小值相差约1.8%;在特定低落压比条件下,较短下腹板长度的喷管具有高的轴向推力系数.气流矢量角随下腹板长度增加而增大,在设计点最大值和最小值分别为6.03°和-1.83°.      

Experimental and numerical investigation on surface quality for two-point incremental sheet forming with interpolator

The unsatisfied surface quality seriously impedes the wide application of incremental sheet forming (ISF) in industrial field. As a novel approach, the interpolator method is a promising strategy to enhance the surface quality in ISF. However, the mechanism for the improvement of surface quality and the influence of interpolator properties on surface roughness are not well understood. In this paper, the influences of process variables (i.e. tool diameter, step size and thickness of interpolators) on the forming process (e.g. surface roughness, forming force and geometric error) are investigated through a systematic experimental approach of central composite design (CCD) in two-point incremental sheet forming (TPIF). It is obtained that the increase in thickness of interpolators decreases the surface roughness in direction vertical to the tool path while increases the surface roughness in direction horizontal to the tool path. Nevertheless, the combined influence between thickness of interpolators and process parameters (tool diameter and step size) is limited. Meanwhile, the placement of interpolator has little influence on the effective forming force of blank. In addition, the geometric error enlarges with the increase of step size and thickness of interpolator while decreases firstly and then increase with an increase in tool diameter. Finally, the influencing mechanism of the interpolator method on surface quality can be attributed to the decrease of the contact pressure due to the increase of contact area with the unchanged contact force. Meanwhile, the interpolator method eliminates the sliding friction on the surface of blank due to the stable relative position between the blank and the interpolator.