TA15钛合金环件径轴向辗轧成形全过程组织演变模拟

钛合金环件径轴向辗轧成形制造全过程通常包含加热环坯转移、辗轧成形及轧制环件冷却3个阶段,而每个阶段都将对最终环件的微观组织产生重要影响。因此,研究阐明钛合金材料在该成形制造全过程的微观组织演变特征与规律,对控制环件最终的组织和性能至关重要。以TA15钛合金环件径轴向辗轧为研究对象,首先阐明了TA15钛合金在上述各阶段的微观组织演变机制与演变模型,进而基于ABAQUS软件平台,建立了TA15钛合金环件径轴向辗轧成形制造全过程的宏微观耦合有限元(FE)模型。通过大量模拟研究表明:加热环坯转移阶段促使初生α相的体积分数增加,晶粒尺寸略微增大;辗轧成形阶段一定程度上细化了初生α相晶粒尺寸,而对初生α相体积分数影响不明显;轧制环件冷却阶段会使初生α相体积分数明显增加,晶粒尺寸增大。     

钛合金筋板类构件局部加载成形有限元仿真分析中的摩擦及其影响

局部加载等温成形为大型钛合金筋板类构件省力、高性能成形制造提供了有效的途径。然而其成形过程复杂,材料参数、几何参数、工艺参数高度耦合作用,精确预测困难。有限元仿真为此类复杂成形问题的分析和优化提供了有力的工具。而摩擦模型和摩擦条件是数值模拟的重要边界条件之一,影响到预测结果的精度及可靠性。本文着重分析了库伦摩擦模型、剪切摩擦模型、库伦-剪切摩擦模型、库伦-粘着摩擦模型以及摩擦大小对筋板类构件局部加载成形仿真分析结果的影响。研究结果表明:剪切摩擦模型适用于局部加载成形过程的建模仿真;确定精确的摩擦条件可降低载荷预测误差15%以上;主动调控局部区域摩擦条件可改善局部加载成形过程的充填、减少缺陷。     

大直径铝合金薄壁管轴压加载数控弯曲成形特性(英文)

实现不起皱条件下管材壁厚减薄的控制,是提高大直径铝合金薄壁管数控弯曲成形极限和质量的关键问题。在管端施加轴向压缩载荷将可能成为实现上述目标的一个途径。在本研究中,基于动力显式有限元法建立了轴压加载数控弯管过程模拟的三维弹塑性有限元模型,并通过多指标正交试验设计,获得了成形参数组合的合理范围,克服了轴压加载弯曲时管端的轴向压缩失稳现象,同时模型可靠性得到了实验的验证。将有限元模型与起皱能量预测模型相结合,研究了轴压加载下大直径薄壁小弯曲半径铝合金管数控弯曲的成形特性。结果表明:(1)管直径越大且弯曲半径越小,弯曲过程中管材的最大切向压应力区被诱发切向拉应力区分割越明显,则轴压加载减小减薄的作用越小,管端发生压缩失稳的可能性越大。(2)与无轴压加载弯曲过程相比,轴压加载下管材起皱可能性在成形前期较大,在成形后期较小。(3)对于尺寸因子小于80的管材,轴压加载减小管材壁厚减薄的作用大于轴压加载增大起皱的作用。     

复杂异形截面薄壁环形件动模液压成形研究

 液压成形技术是成形薄壁零件的一种有效的解决方法。针对具有异形截面结构的某型发动机高温合金薄壁环形件,提出了液压成形结合动模轴向加载的复合成形方法,依据塑性力学方法和增量理论对成形过程进行了应力应变特征分析,并建立了有限元模型。基于有限元模拟和工艺试验,研究了筒坯成形区高度和型腔液压加载路径等关键工艺参数对零件成形结果的影响,探讨了成形过程中壁厚过度减薄、材料堆积"折叠"、形状不对称等失效形式,提出了优化的工艺参数。结果表明,提出的工艺方法可实现复杂异形截面薄壁环形件的整体精确成形,采用优化的筒坯成形区高度和液压加载路径可获得壁厚分布均匀、成形质量较好的零件。     

钛合金大型复杂构件等温局部加载近β锻造组织控制研究进展

高性能钛合金大型复杂构件精确塑性成形是航空航天高端装备实现大运力、低能耗、长寿命的必然选择,然而,面临如何提高成形制造能力和如何实现成形成性一体化控制的挑战。等温局部加载近β锻造为该类构件的成形提供了一种先进的工艺途径。由于成形过程的特殊性、构件结构的复杂性以及钛合金组织对成形方式与条件的敏感性,使得如何实现微观组织控制并获得性能优异的三态组织成为该成形技术研究发展与应用迫切需要解决的关键问题和基础性难题。从钛合金等温局部加载多道次成形组织演化机制、不同加载区和过渡区组织均匀性控制和三态组织形成及等温局部加载参数优化进行分析并给出了最新的研究进展。     

钛合金铆钉热铆一次合格率提升方法研究

针对现有钛合金铆钉热铆存在的镦头成型不足、镦头表面灼伤、钉头现灰黄色氧化层等问题,分析得出其主要原因是铆接加热时间未精确控制和铆接过程带电,提出了一种钛合金铆钉热铆系统优化方法,基于PLC实现加热时间参数化控制和铆接自动断电功能,通过铆钉加热试验获得多组铆钉温度和对应加热时间数据,采用牛顿插值法得到铆钉加热至目标温度时所需加热时间,形成一套针对不同长度和直径铆钉的热铆工艺参数,最后通过热铆试验确定钛合金铆钉热铆一次合格率获得大幅提升。     

TC4-DT钛合金线性摩擦焊过程三维数值模拟

针对TC4-DT钛合金在热模拟机上测得的流动应力数据,建立了TC4-DT线性摩擦焊同质接头三维刚塑性有限元模型,研究了温度场、金属流动。验证试验采用预埋热电偶的方法测得焊接过程中特殊点温度,同时测量了缩短量,误差不超过4%。在模拟结果中观察到,沿振动方向飞边有波纹状条纹,与实际飞边形貌符合,证明模型可用来预测线性摩擦焊过程中的温度场、轴向缩短量及金属流动情况。     

钛合金板材翻边成形的有限元数值模拟

在研究薄板冲压成形原理和模型描述的基础上,采用ANSYS有限元方法对钛合金板材翻边成形进行了系统的分析,完成对钛合金板材的室温和高温下的翻边成形过程的模拟,预测板材成形过程中的应变分布,并得出室温和高温下极限翻边系数,预测值与试验值相比较,拟合良好,同时应变分布规律符合试验结果,证明了有限元方法模拟钛合金热成形性的可行性和准确性。     

TC2钛合金薄壁型材下陷成形工艺参数分析及优化

采用试验和计算机模拟相结合的方法，对TC2钛合金薄壁型材的单边下陷成形工艺开展研究。通过在室温至600℃范围内对TC2合金型材的热拉伸变形行为进行分析，建立了该型材热拉伸的Johnson-Cook本构模型。在此基础上，对L截面TC2钛合金型材的单边下陷过程进行计算机模拟，分析了下陷过程中型材应力、应力三轴度的分布。结果表明，下陷区L拐角处容易产生应力集中，由于变形前段该区域的应力三轴度R_d>0，呈拉应力状态，因此微裂纹容易在应力集中处形核并沿型材纵向扩展。通过对成形温度、下陷段长度和过渡圆角半径进行优化，得到最佳工艺参数条件为成形温度300℃，下陷区长度21 mm，过渡圆角半径49 mm。     

基于正交试验原理的钛合金环形气瓶超塑性成形过程的数值模拟

运用刚(粘)塑性有限元方法和正交试验原理对钛合金环形气瓶的超塑性成形过程进行了数值模拟,分析了变形过程中板料的厚度、摩擦系数和环形毛坯的内外径尺寸等对成形件壁厚分布的影响规律,从而揭示了钛合金板材在气胀过程中的超塑性流变规律。基于对有限元数值模拟结果的分析,探索了钛合金环形气瓶超塑性成形过程中典型缺陷的形成机理,并给出了相应的消除缺陷的技术方案,通过有限元模拟和与实际情况的对比,证明了所提技术方案的可行性。     

Whole-process modeling of titanium disc forming for gradient distributions of temperature and deformation

Gradient distributions of temperature and deformation (GDTD) are crucial for achieving dual-performance discs of titanium alloys which is required by the service environment of aeroengine. However, heating, cooling and deforming sequence in the whole process of the titanium disc forming, which leads to difficulties for achieving GDTD due to a lot of parameters. To solve this problem, a whole-process model of the titanium disc forming for GDTD has been established. In the model, heating and cooling via heat radiation, conduction and convection, and deforming by local loading with mold chilling are all considered. Experiments on heating and cooling as well as deforming were carried out by using a furnace and the Gleeble-3500 machine. The experimental data are used to determine thermal parameters and constitutive relations of the IMI834 titanium alloy, and then to verify the reliability of the model. Then the model was used to simulate the evolution rules of temperature and deformation of the titanium disc. The results show that the heating surface, furnace temperature, billet profile and loading rate play the core role for the control of GDTD, and thus a set of parameters were determined. Therefore, this work provides a base for developing a new forming technology of the dual-performance titanium discs with the approach of local heating and local loading.     

钛合金钣金件脉冲电流辅助热压成形精度控制

针对钛合金钣金件冷加工成形精度低、热成形机成形成本高的问题,提出一种采用脉冲电流辅助热压成形工艺。以TC1钛合金U型件为对象,研究了脉冲电流辅助热压成形工艺对钛合金钣金件的缺陷、尺寸精度及力学性能的影响。结果表明,脉冲电流加热可提高成形效率,当脉冲电流密度为9.2A/mm^2,合模速度为15mm/s时,补偿了成形过程的热量损失,使钛合金钣金件保持在良好的成形温度区间,增加其成形极限,得到零件表面质量良好、无裂纹。在成形过程中,随着成形压力、保压时间、模具预热温度的升高,零件的尺寸精度逐渐提高,当成形压力10t、保压时间10s、模具不预热时,零件的尺寸精度即可达到±0.2mm。脉冲电流辅助热压成形后零件的晶粒尺寸比热成形机成形的细小,且力学性能也较好。     

TA15钛合金支臂近等温锻造工艺

TA15钛合金支臂是某机承力构件,采用近等温锻造工艺,将近等温锻造成形技术应用于TA15钛合金支臂难变形合金外形复杂锻件生产,通过控制模具温度在坯料加热温度以下某一范围内,避免锻造过程中温升并使坯料处在较高塑性区,有效降低材料流动抗力,提高锻件组织均匀性、一致性,生产出组织性能合格锻件.     

高速飞行器瞬态气动热试验模拟系统

为得到高速飞行器表面各部分的热应力，应变，结构膨胀量等高温力学性能参数，须建立高速飞行器瞬态气动热试验模拟系统。针对高速飞行器气动模拟试验瞬态热控过程所具有变化复杂，高度非线性，瞬变，强耦合的特点，将模拟控制方法应用于瞬态气动热模拟控制系统。该系统能够按照高速飞行器飞行过程中表面热流和温度的瞬态连续变化对气动模拟加热过程实施快速，准确的动态控制。     

缝隙-腔体密封结构在高速气流冲击下的整体流动、传热特性分析

 根据高马赫数流场特征参数变化快、固态场特征参数变化慢的特性,编制开发了针对高速气流的"半解耦"显式流固耦合近似计算程序,并通过数值方法分析了该方法的计算误差,分析结果显示其能够较准确地模拟高速流场与固态场长时间非稳态耦合问题.在此基础上,运用"半解耦"流固耦合方法数值模拟了高速气流横掠缝隙-腔体典型密封结构的非稳态过程,并与相关实验测试数据进行了对比,验证了程序可靠性.随后,进一步分析了气流侵入密封结构的主要特性,总结了密封结构内、外流场中气流温度、压力和速度的分布特征以及其随时间的变化规律,研究了密封结构中加热板气动热流随时间的变化规律,探讨了密封结构中固体温度场分布特征及其随时间积累的变化规律等.最终,计算结果说明了密封体的结构布局对其内部热状况的决定性影响.     

激光与金属材料相互作用的热效应分析

激光与金属材料相互作用的热效应是激光束辐照材料后发生的主要物理现象之一.激光加热使材料温度急剧上升,很快达到材料的熔点.通过使用商业CFD软件FLUENT数值模拟激光辐照金属材料的相互作用,并在一定的假设和边界条件下得到金属材料未熔化之前温度场沿径向和轴向分布情况、气流最高温度的变化和位置的转移、氧化反应和对流换热对热效应的影响.     

钛合金零件钻削过程仿真与试验研究

钛合金被广泛用于航空工业中,譬如民用飞机吊挂滑轨等典型结构的制造。钛合金作为难加工材料,通常使用钻削的方法进行加工,不同的钻削参数对应不同的钻削温度和钻削力,而钻削温度和钻削力对加工精度影响较大。为使加工参数和加工精度得到很好地匹配,借助Deform 3D有限元仿真软件建立了钛合金热应力耦合有限元模型,通过软件仿真研究钛合金滑轨在加工过程中的钻削力以及钻削温度。首先,对钻头和钛合金试件进行网格划分。其次,建立材料本构模型和切屑分离标准,使用仿真软件得到加工过程的钻削力和钻削温度。最后,采用试验方法获取钻削温度和钻削力,与仿真结果进行对比。结果表明:仿真结果与试验较为吻合,仿真能输出有效的钻削力和钻削温度。     

烟火点火器多物理场耦合仿真分析

电火工品在复杂电磁环境下的物理状态变化一般都包含了电磁 -热耦合过程,采用单一物理场建模仿真的方法很难得到准确的结果。因此,采用 ANSYS Workbench仿真平台,建立了烟火点火器的多物理场耦合仿真分析模型。首先,建立了烟火点火器的 HFSS仿真模型,得到了桥丝上的功率损耗;然后,将桥丝的损耗功率输入稳态热分析模型作为激励条件,并通过稳态热仿真分析得到了桥丝上的温度分布。仿真结果表明,该方法物理过程清晰,仿真结果准确可靠。     

Numerical investigation of windage heating within shrouded rotor-stator cavity system with central inflow

The rotating disk surface temperature rise due to windage heating effect by numerically modeling the turbulent flow within a rotor-stator cavity which is available with a peripheral shroud and imposed through airflow was dealt with. The windage heating may be defined as viscous friction heating caused by relative velocity differences across the boundary layers between the fluid and the rotating disk surface. The kinetic energy dissipation process could transform the rotating shaft power into thermal heating. Commercial finite volume based solver, ANSYS/CFX was employed to numerically simulate this physical process by using the shear stress transport (SST) turbulence model. CFD results include the rotating disk surface temperature axial distribution and tangential velocity distribution of the fluid domain. The velocity difference between the result obtained by particle image velocimetry (PIV) experiments and CFD simulation are within 5%. The adiabatic disk temperature rise can be calculated by the tangential velocity of disk and fluid in large gap ratio and turbulent parameter. CFD temperature distribution results and those estimated via velocity differences are within 10%.