预拉伸条件下铝合金焊接残余应力的数值模拟

利用ANSYS有限元分析软件,通过APDL语言编程,实现了不同预拉伸应力条件下铝合金平板对接焊过程中,温度场及应力场的模拟分析.计算结果表明,预拉伸焊接法可以有效地控制焊接残余应力,随着预拉伸应力的增大,其焊后残余应力值逐渐减小.当预拉伸应力σP从0增加到90%σ0.2时,纵向残余应力降低了85.6%.模拟分析结果与实验测试结果基本吻合.     

飞机整体结构件加工变形的有限元模拟与试验研究

在模拟淬火、拉伸过程获得含有初始残余应力的预拉伸板材以及模拟单齿切削过程获得切削载荷的基础上,提出并采用接力算法,对一航空整体结构件的材料铣削过程进行有限元仿真,同时进行了试验研究.结果表明,有限元模拟的整体结构件的变形与试验具有一致性,从而证明提出的整体结构件加工仿真关键技术的可行性,避免了为研究加工变形而进行的繁琐的试错法.     

大型铝合金框梁结构航空模锻件淬火残余应力分析

开展了新型7085铝合金材料高温拉伸试验,得到了其基本性能参数与力学模型,运用ABAQUS有限元软件对7085铝合金框梁结构航空模锻件淬火过程进行了数值仿真,研究了淬火工艺参数与方式对残余应力分布规律的影响.研究表明:框梁结构航空模锻件淬火残余应力主要集中于腹板与筋板交汇处,呈现外压内拉的分布特点;淬火温度对残余应力有显著影响,提高淬火温度可有效降低残余应力;固溶温度对淬火残余应力的影响较小,对于大尺寸框梁模锻件,入水方式及转移时间对淬火残余应力的影响甚微.     

固体推进剂双向拉伸试件优化设计及试验

基于Kelly提出的十字形试件,设计了一种新型固体推进剂双向拉伸试件。利用ANSYS有限元软件对试件双向加载过程试验区中引起的应力应变的数值模拟,实现了十字形试件的优化设计,经过优化的试件在满足双轴试验要求方面有了明显的改进。通过对丁羟复合固体推进剂试件双向加载力学行为试验研究,获得不同拉伸速率双向拉伸应力—应变破坏曲线,为推进剂材料破坏分析的经验准则提供判据。结果表明,固体推进剂断裂延伸率的双向弱化效应很明显,双向加载比例为等双拉状态时,其双向断裂延伸率比单向断裂延伸率降低37.5%。     

T型航空铝合金结构件淬火残余应力数值模拟分析

运用ABAQUS有限元软件建立了T型航空7050铝合金构件淬火残余应力模型,得到了构件在淬火过程中的冷却曲线和不同部位的残余应力分布规律.结果表明:T型构件无论是肋部位还是腹板部位在淬火过程中均呈现出表面压应力,芯部拉应力的整体分布规律.但由于零件的复杂性,肋部位的塑性应变相对集中,导致其无论是表面还是芯部,产生的淬火残余应力均大于腹板部位的残余应力,且在整个淬火过程中分布规律相对复杂.     

铝合金厚板淬火残余应力的有限元模拟及其对加工变形的影响

航空整体结构件在加工过程中容易发生较大变形。为了研究毛坯的初始残余应力对整体结构件加工变形的影响,采用准耦合方法,利用有限元软件ABAQUS模拟7075铝合金毛坯的淬火过程,研究该过程中温度的变化和残余应力的分布规律,并在含有淬火残余应力的毛坯上进行材料去除模拟。结果表明,模拟产生的比例件的变形与实际加工的比例件的变形非常近似,从而证明了毛坯的初始残余应力是引起整体结构件加工变形的主要因素,同时验证了准耦合淬火模拟的有效性。     

TC4合金低塑性抛光过程数值模拟

为了研究低塑性抛光工艺参数对材料表面性能的影响,采用有限元分析软件ANSYS对TC4合金板材低塑性抛光表面强化过程进行了数值模拟。运用单因素试验法分别分析了液压油预压力、滚压速度、滚压道次、进给量4个工艺参数对表面残余应力的影响。结果表明:液压油预压力对残余应力分布影响最大,增加液压油预压力可使残余压应力层深度明显增加;滚压速度和滚压道次主要影响表面残余应力,表面残余压应力随滚压速度减小和滚压道次增加而增大;进给量对残余应力分布均匀性有显著影响,减小进给量可使均匀性增高。通过对比残余应力分布,建议液压油预压力设为450 N,滚压速度取为10 mm/s,进给量取为0.1 mm,滚压道次选择为3次。研究结果可为TC4合金低塑性抛光试验工艺参数选取提供理论参考。     

ZL205A铝合金大型复杂筒体构件淬火过程模拟与变形预报

基于ABAQUS软件采用有限元方法建立ZL205A铝合金大型复杂构件淬火过程的温度场与应力场模型,分析构件在淬火过程中不同时刻的温度场分布.根据构件结构特征,选择4个特征点获得淬火过程冷却曲线,并对构件厚壁、加强筋与薄壁部分的冷却曲线进行研究,使用有限元模拟方法预报构件变形和残余应力.ZL205A铝合金大型复杂构件淬火变形主要为径向变形,通过比较淬火后残余应力的6个分量可知正应力远大于剪应力.模拟厚壁在不同换热系数下的淬火效果,发现增加换热系数可以提高厚壁淬火冷却速度,但是作用比较有限.     

热变形对TC4氩弧拼焊板拉伸与疲劳性能的影响

在700℃下,对TC4氩弧拼焊板进行了3个变形量(主应变0.5％、1.6％、2.7％)的等双向拉伸成形,研究了热变形对TC4氩弧拼焊板单向拉伸性能和疲劳寿命的影响.结果表明:等双拉变形前后,TC4氩弧拼焊板拉伸试样均断裂在焊接热影响区,热影响区的强度低于母材和焊缝.随着等双拉热变形量增加,TC4拼焊板试样疲劳寿命有所增加,这是因为一定变形量的热成形释放了焊接残余应力.     

预拉伸对Al-Li合金应力腐蚀行为的影响

 在时效前对Al-Li-Cu-Mg-Zr合金进行拉伸变形,用慢应变速率拉伸试验和恒应变三点弯曲试验研究了合金的在3.5％NaCl水溶液中的应力腐蚀行为,并测定了合金的拉伸性能。表明预拉伸变形提高了合金的应力腐蚀抗力和强度。预拉伸变形量4％时,合金具有最低的应力腐蚀开裂敏感性和最高的断裂延伸率。预拉伸变形量从4％至8％时,对合金应力腐蚀开裂敏感性影响不大,合金的延伸率下降也不明显。用透射电镜分析了合金的显微组织与应力腐蚀性能及拉伸性能之间的关系。     

超厚双凸起蒙皮拉伸成形技术研究

拉伸成形是飞机钣金的基本成形方法。针对超厚蒙皮在拉伸成形过程中容易造成贴模度差等问题,结合有限元模拟分析分别从轨迹设计、回弹应力等方面对超厚蒙皮进行分析,建立了有限元计算模型。分析表明,该蒙皮采用预拉伸–包覆–补拉加载轨迹最合适,可以有效保证零件的贴模度。同时,结合有限元计算分析位移控制、压力控制及回弹分析设定合模间距在7mm、合模压力在22t时,应力、减薄量及回弹量分布均匀。试验验证该参数可以有效控制贴模度,达到设计要求。     

激光冲击残余应力场的有限元分析

建立模拟激光冲击残余应力场的非线性弹塑性有限元模型,预测AISI 304奥氏体不锈钢厚、薄靶材经激光冲击后表面以及内部的残余应力场分布.模拟过程中,考虑材料高应变率(106s-1)下的力学性能和激光诱导冲击波的精确加载,分析激光功率密度、激光光斑尺寸、激光脉宽、激光冲击次数、激光单面与双面冲击等激光冲击参数以及初始残余应力等因素对不锈钢靶材残余应力分布的影响.数值模拟结果与X射线衍射法测量值吻合较好.在有初始残余拉应力(250MPa)存在的情况下,激光冲击仍能使304奥氏体不锈钢靶材形成残余压应力层,说明激光冲击工艺可提高奥氏体不锈钢焊接构件的抗应力腐蚀开裂能力.     

考虑基体开裂的陶瓷基复合材料应力-应变曲线模拟方法及验证

提出了蒙特卡罗方法模拟陶瓷基复合材料基体随机开裂过程,采用剪滞模型描述了复合材料出现损伤时细观应力场,并推导得到了考虑基体开裂时复合材料拉伸应力-应变曲线计算公式.开展了室温环境下C/SiC复合材料的单轴拉伸试验,并将理论预测应力-应变曲线与试验结果进行对比.同时,采用该方法对SiC/CAS,SiC/Si₃N₄复合材料应力-应变曲线进行了模拟,并与国外提供的相关试验数据进行比较,发现两者吻合得较好,从而证实了蒙特卡罗法可有效地模拟考虑基体随机开裂过程的陶瓷基复合材料应力-应变曲线.此外,还分析了Weibull模量、残余热应力和初始开裂应力对应力-应变曲线的影响.研究表明:Weibull模量越大,应力-应变曲线非线性越明显;热残余应力越大,应力-应变曲线偏转越早,非线性越明显;初始开裂应力与Weibull模量对应力-应变曲线影响规律相似.      

2D-C/SiC复合材料的拉伸损伤研究

通过单调拉伸和循环加卸载试验,研究了2D-C/SiC复合材料的力学性能及损伤演化过程。结果表明,残余应变、卸载模量和应力的关系曲线与拉伸应力应变曲线具有类似的形状。基于细观力学建立了材料的损伤本构关系和强度模型,分析计算表明,残余应变主要由裂纹张开位移和裂纹间距决定,而卸载模量主要由界面脱粘率决定;材料的单轴拉伸行为主要由纵向纤维束决定,横向纤维束对材料的整体模量和强度贡献较小。理论模拟结果与试验值吻合较好。     

焊接残余应力盲孔测量精度的三维模拟

基于三维有限元分析方法,研究了应变释放系数与孔深、主应力和应变花方向夹角以及双轴比之间的关系.采用三维有限元方法对应变释放系数进行了修正,并通过修正系数对焊接残余应力进行了修正,修正后的残余应力分布更趋于合理.     

拉弯过程中预拉力对角型材零件回弹的影响规律

采用弹塑性有限元方法对不同预拉力下角型材的转台式拉弯成形过程进行了模拟.首先建立转台式拉弯成形过程的有限元模型,然后通过分析由模拟计算所得到的不同预拉力下拉弯零件的应力应变场和回弹角,得出预拉力对角型材拉弯零件回弹的影响规律.所得结果可作为设计拉弯成形模具和确定拉弯工艺参数的参考.     

7085铝合金残余应力及加工变形的数值仿真与试验

毛坯残余应力的测量以及零件的加工变形分析是航空整体结构件数控加工工艺研究的难题。应用MSC.Marc软件对某型飞机主起支撑接头的7085铝合金锻件毛坯的淬火-压缩工艺进行了数值仿真,获得了毛坯残余应力分布趋势;应用X射线衍射法与钻孔法测量了毛坯表层残余应力分布,提出了基于系数修正法的毛坯残余应力分析方法,通过最小二乘法（LSM）拟合仿真值与试验值以获得应力修正系数,并对毛坯残余应力分布的仿真结果进行修正,获得了实际毛坯的残余应力分布;由此进行了主起支撑接头缩比零件加工变形仿真与验证试验。研究结果表明：7085铝合金块状毛坯残余应力数值仿真结果与测试结果的趋势吻合,为应力修正提供了物理基础;相对于未修正的应力分布,基于修正后的应力分布仿真获得的变形结果精度提高了50%;7085-T7452铝合金的毛坯残余应力是导致主起支撑接头加工变形的主要因素。     

残余应力对加工变形影响的分析与模拟

为了研究材料去除过程中残余应力的重新分布及该过程所引起的工件变形,假设在该过程中没有引入另外的应力,采用理论计算和有限元模拟的方法对含有已知单向应力情况的矩形板进行了求解,计算了在剥层过程中的曲率、挠度和残余应力,并分析了剩余部分的残余应力变化趋势。结果表明理论解与有限元解获得了极好的吻合。采用有限元法进一步研究了材料去除过程中,单向和双向残余应力对加工变形的影响以及最终残余应力分布规律的异同。     

滚弯成形解析建模与数值分析

建立了考虑材料塑性强化的滚弯成形力学分析解析模型,推导出了应力应变、残余应力以及回弹半径计算公式.基于非线性有限元软件,对滚弯成形进行了动态模拟,对应力应变状态、塑性应变分布、残余应力以及回弹等进行了分析计算,结果表明:板料滚弯成形初始效应明显,下压点附近曲率不均匀;采用足够的滚弯时间后,中间段的曲率均匀度很好;成形半径与上辊下压量呈近似幂函数关系;多道次滚弯可以减小两端的曲率波动和最大应力应变.最后通过与滚弯成形试验数据的对比,分析和验证了解析模型与数值模型的适用性和精度.     

含Ⅰ型裂纹复合固体推进剂双轴拉伸实验研究

开展了复合固体推进剂含Ⅰ型裂纹拉伸实验研究。采用不同拉伸速率,获得双向拉伸极限特性主曲线和应力—应变破坏曲线,为推进剂材料破坏分析的经验准则提供判据。结果表明,如果复合固体推进剂的断裂阻力被看作是材料常数,则裂纹驱动力必受到平行于裂纹之应力的影响,在一定范围内裂纹驱动力与平行应力成反比关系。当平行应力超过屈服应力以后,因平行应力太大超过了损伤阀值,在推进剂中造成了损伤,从而断裂韧性下降。