飞机结构紧固件孔冷挤压残余应力场分布数值模拟研究

针对大型飞机研制过程中冷挤压强化技术的应用,限于当前的测量技术的发展,基于ABAQUS商用有限元软件建立了3D有限元模型用以研究冷挤压后带孔圆板残余应力场在三维空间中的分布,并分析说明了采用该3D有限元模型进行数值模拟的可行性和精确度。结果表明:残余应力场沿板厚度方向的分布存在着3个典型的区域,不同区域对于挤压量的响应不同;挤压量的变化对于单孔圆板接近上表面的孔壁区域影响最大,较大的挤压量会使得这一区域切向残余压应力场不再存在。     

某压气机轮盘均压孔挤压强化数值仿真和挤压头设计

采用静力学求解算法、应用弹塑性有限元分析程序对挤压强化过程进行了仿真计算,研究了摩擦因数、挤压次数、挤压量、约束方式、倒圆半径、以及配合方式等参数对残余应力场的影响.根据某压气机轮盘均压孔的具体结构形式,设计了三种挤压头:单侧挤压头、柱形头和T形头.用两种材料(不锈钢1Cr11Ni2W2MoV和镍基高温合金ЗП742)设计加工了带孔薄板模拟件,用其中两种强化方法对孔边进行了强化试验,试验结果表明:T形头挤压工艺达到了提高疲劳强度的预期效果,且操作方便实用.将试验结果和数值仿真结果进行了对比,分析表明用静力通用程序可以解决金属材料孔板挤压过程的仿真问题,能有效指导挤压强化研究.      

织构及组织结构对超高强铝合金平面力学性能的影响

以自行制备的高合金含量的Al-Zn-Mg-Cu合金为试验材料,测试观察挤压带板及其制备的等温模锻件的织构类型及组分强度、组织结构、平面拉伸力学性能及各向异性指数,通过计算{111}112滑移系的施密特因子,采用单晶近似法分析平面拉伸力学性能各向异性与织构的关系,使用霍尔-佩奇定律分析了组织结构与平面拉伸力学性能各向异性的关系,结果表明:合金经剧烈变形后,以变形织构为主,变形织构会引起各向异性,导致合金45°方向强度偏低;挤压形成的纤维组织是引起挤压带板L向及LT向各向异性的主要原因。{110}112Brass织构强度增加,可以抵消纤维组织引起的L向及LT向的各向异性;LT向伸长率低及伸长率各向异性主要是由第二相粒子延晶界的链状分布引起,同时也与织构引起的晶粒强度变化有很大关系。     

带挤压油膜阻尼器的盘式拉杆转子双稳态振动特性

建立了带挤压油膜阻尼器的盘式拉杆转子动力学模型,利用非线性微分方程多周期解求解方法,对不同系统参数组合下的动力学方程进行求解,研究了带挤压油膜阻尼器的盘式拉杆转子双稳态振动特性的影响规律,比较了带与不带挤压油膜阻尼器系统稳定周期解的动力学特性.通过频谱分析得出:忽略挤压油膜阻尼器时双稳态区主要为基频振动,考虑挤压油膜阻尼器的盘式拉杆转子在双稳态区除了基频振动外,还有倍频的出现.      

复合材料机械连接层合板孔边应力集中研究

为在设计复合材料机械连接时有据可循,采用有限元分析方法,对复合材料机械连接层合板进行分析,给出正交异性带孔板相对边距H／d以及相对宽度d／B对孔边应力集中的影响,结果表明：H／d及d／B对孔边应力集中因子的影响较大;随H／d的增加,最大环向应力集中因子Kmaxσθ减小,而径向最大应力与挤压应力比Krd变化不大;当复合材料板的宽度减小时,环向最大应力与挤压应力比Kσd增大,而Krd几乎不会随d／B的改变而改变,但径向应力的分布会因孔外形的变化而产生明显的差异。为复合材料机械连接设计提供了一定的参考。     

钉孔挤压强化弹塑性计算中形变理论适用性探讨

本文为了检验形变理论在计算钉孔挤压残余应力场的可用性,对同一模型分别釆用全量法和增量法进行有限元计算,计算结果表明:在小的挤压量下,即δ≤2％(挤压量δ定义为(D_棒-D_板)/D_板×100％),两种方法均可釆用,当挤压量较大,即δ>2％时,全量法的结果与边界条件吻合得不好,而增量法符合得很好。从实验结果看,用全量法计算的残余应力计算试件的疲劳裂纹起始寿命与实验结果相差较大,而增量法计算的该寿命则与实验结果接近。工程中的挤压过程大都釆用较大的挤压量,所以,形变理论不适合计算钉孔挤压的残余应力场。     

轴流压缩系统带支板过渡段的轴对称等效方法

 航空发动机轴流压缩系统过渡段内存在厚支板,该支板造成的堵塞对过渡段的性能产生重要影响,同时也使过渡段内流动成为三维复杂流动,增加了设计难度。建立了一种等效方法,通过构造与带支板过渡段具有相似气动特性的轴对称过渡段,近似地等效原带支板过渡段,从而将复杂的三维问题简化为二维轴对称问题。首先,理论推导了带支板过渡段的轴对称等效方法;随后,通过数值模拟方法,对带支板过渡段和等效过渡段内的流动特性进行对比,结果表明等效过渡段不仅与带支板过渡段的静压分布吻合很好,并且两者具有相似的损失规律,说明等效方法能客观地反映支板对过渡段内流动的影响;最后,将轴对称等效方法应用于带支板过渡段原型的改进设计,改进设计后带支板过渡段支板与轮毂角区的大范围流动分离被消除,损失减小了41.6%。     

带内锥冲头挤压过程中金属变形流动行为研究

针对平模挤压过程中易产生死区、缩孔等流动缺陷,设计一种带内锥冲头用以改善成形过程中金属的变形流动行为.对冲头有、无内锥两种形式挤压过程进行数值模拟,利用罗德系数、J2应力偏量不变量等特征量进行变形分区,并利用7050铝合金进行挤压试验验证.结果表明,带内锥冲头能有效改善挤压过程中速度场的分布,显著减小死区,并避免产生缩孔缺陷.因此,带内锥冲头更利于金属的挤出成形.     

FGH96合金包覆挤压过程数值模拟

采用有限元数值模拟与正交设计相结合的方法对热等静压态FGH96合金包覆挤压过程进行了数值模拟,系统分析了模具模角、工作带长度、入口圆角半径等模具关键结构参数对包覆层完整性、芯料挤压比和成形载荷的影响规律。确定了模具结构参数的最佳组合。结果表明:随着模角的减小、工作带长度的缩短和入口圆角半径的增大,有利于提高包覆层安全性,增大芯料挤压比。     

复合材料沉头双钉单搭接连接静强度分析

对复合材料沉头双钉单搭接机械连接接头进行了静态拉伸试验,并建立了三维有限元模型,编写了材料失效准则和刚度退化准则的累积损伤程序,计算了连接孔的挤压应力和接头损伤,预测了连接的失效载荷。数值计算表明:单搭接产生的附加弯矩使孔边应力沿板厚呈三角形分布;孔边挤压损伤和螺帽的侧向压缩损伤以及极限载荷与试验结果吻合;位于搭接板自由端的钉孔弯曲变形较小,应设计为沉头孔。