航空发动机环形锻件成形制造过程有限元仿真

基于有限元数值方法建立了RAW200/160-5型径轴向轧环机轧制某航空发动机涡轮机匣环形锻件的三维仿真模型,对成形过程进行了虚拟轧制,计算结果与实际生产过程非常吻合,结果还显示了环件轧制实时扩展的过程.     

冷轧张应力分布模型及其在辊系变形计算中的应用

以往张应力分布计算多以实验为基础,或理论模型建立过程中采用了过多假设,使张应力分布计算精度受到很大限制,针对这些情况,提出利用变分法建立单元出口张应力计算模型,并与影响函数法相结合建立了冷轧前张力横向分布计算模型及辊系弹性变形计算模型,并开发了相应的计算程序.用该程序计算了某公司单机架可逆冷轧机的单位宽轧制力、辊间压力、轧件厚度以及张应力等的横向分布并进行了分析.实例计算表明,计算结果与生产实测数据吻合较好,证明了理论模型是实用可靠的.     

TA18管材三辊冷轧三维有限元模拟

应用有限元软件Msc.Marc对TA18管坯三辊冷轧过程进行了三雏有限元模拟.获得了三辊冷轧管过程中瞬时变形区接触规律、坯料质点在轧制过程中的运动轨迹、摩擦力和剪应力的周向分布以及金属管坯从进入变形区到出变形区各阶段的变形规律.     

冷轧带钢轧制压力分布计算

利用经典轧制力模型和轧辊压扁模型，考虑二者的耦合推导出考虑轧辊压扁半径的轧制力显示计算公式，在此基础上开发了基于影响函数法的冷轧带钢轧制压力分布计算程序，并用该程序结合实际生产中的采样数据模拟计算了HC冷轧机各道次的轧制压力分布和总轧制力，将所得计算结果与现场实测数据进行比较。结果表明：所得轧制力计算结果与现场实测数据平均值相近，轧制压力分布与实际相符，为HC轧机板形控制提供了一种计算轧制压力分布的有效方法。     

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%.     

薄壁构件单面铣削残余应力变形有限元模拟与试验研究

提出了基于残余应力分层加载的残余应力变形仿真流程,建立了薄壁构件加工残余应力引起变形的有限元模型,对预测的变形值进行分析并得到了变形规律。通过GH4169薄壁构件单面铣削试验,对残余应力变形进行了测试,与有限元模拟结果相比,数值模拟结果具有较高的准确性。     

航空发动机TC4机匣加工变形控制研究

航空发动机机匣零件的设计采用整体化、轻量化设计思想,使得结构复杂、规格尺寸大、薄壁特征多,而设计精度要求却在逐渐提高,机匣件加工后产生的变形问题尤显突出。探讨了薄壁结构机匣零件加工变形产生机理,提出分区去除余量控制加工变形的方法。使用Prism电子斑纹干涉钻孔残余应力仪测量了钛合金TC4机匣毛坯表层深度残余应力,通过有限元仿真结果预测出机匣毛坯内部残余应力分布规律。建立了机匣切削加工的有限元仿真模型并进行数值仿真,对两种工艺路线下的变形进行对比分析。最后,通过机匣的切削加工试验验证了仿真结果的正确性。     

ECAP变形2J4合金回火后的磁性能研究

研究了磁性材料2J4合金经等径弯曲通道变形(Equal Channel Angular Pressing,简称ECAP)和不同温度回火后的磁性能,并与冷轧变形合金的磁性能进行了对比分析.结果表明,2J4合金随着ECAP变形道次的增加,磁导率增加,4道次ECAP变形的饱和磁感应强度最高.另外,2J4合金的磁性能对回火温度的变化非常敏感,呈波浪式变化.4道次ECAP变形2J4合金沿挤压面(S面)进行85%冷轧变形,在610℃回火后获得的磁性能最好,矫顽力达到3.8364 kA/m.ECAP变形2J4合金沿挤压面的磁性能远优于传统冷轧合金.试验结果证实了采用ECAP变形方式制备高性能磁性材料是可行的.     

基于自适应的变形式陆空机器人转域过程飞行控制

针对一种变形式四旋翼陆空两栖机器人，研究空陆转域飞行控制方法，为实现陆空机器人从空中到地面的连续机动奠定了基础。建立了等效于变形式四旋翼陆空两栖机器人的飞行及转域系统结构模型和动力学模型，针对转域变形过程中转动惯量的改变及复杂飞行环境中负载变化和机体质量受损问题，在设计了基于线性二次型调节器（LQR）算法的姿态控制器和基于比例-积分-微分（PID）算法的高度控制器基础上，设计加入模型参考自适应系统（MRACS）解决模型参数不确定性问题。利用Adams/MATLAB联合仿真，首先得到空陆转域变形角度的极限值，然后对比仿真有无自适应补偿器的控制效果验证了该控制方法的高效性。研制了转域飞行样机，对空陆转域变形角度极限值和飞行控制方法进行了试验验证。     

CA-FEM模拟β21S合金多道次热变形过程中的组织演变

本研究基于一种改进的元胞自动机(CA)与非线性有限元(FEM),建立了多道次热变形过程CA-FEM模型,模拟了β21s合金多道次非等温热压缩过程中的组织演变过程.通过有限元分析获得温度场、应变场、应变速率场等局部参数,作为元胞自动机模型的输入,模拟得到坯料心部与端部在多道次热变形过程中的组织演变特征.模拟过程中综合考虑热变形、静态再结晶、亚动态再结晶和动态再结晶等物理冶金现象.结果表明,坯料的局部热变形参数对组织演变影响较大,坯料心部再结晶程度大于坯料端部,心部组织细化效果优于端部.变形过程中的动态再结晶起主要的晶粒细化作用.     

An innovative constraining ring rolling process for manufacturing conical rings with thin sterna and high ribs

Conical rings with thin sterna and high ribs (CRTSHR) are key bearing-load parts of aerospace equipment, which are required to be manufactured with high performance and efficiency. Traditional ring rolling is the most preferred method for manufacturing high-performance ring parts, but it can hardly achieve the forming of CRTSHR due to the extreme geometry of CRTSHR. To solve this difficulty, an innovative constraining ring rolling process (CRR) is proposed in this paper to manufacture CRTSHR. To evaluate the proposed CRR and reveal its deformation behaviors, a thermomechanical coupled FE model for CRR of CRTSHR is established. Then, the experiment for CRR of CRTSHR is performed on a modified ring rolling machine, which proves that CRR of CRTSHR is feasible and the established FE model is reliable. Based on the reliable FE model, the metal flow mode in deformed CRTSHR is analyzed, and the deformation characteristics such as the stress state, strain distribution and the evolution of power parameters in CRR of CRTSHR are revealed. Finally, the influences of key parameters such as the friction factor between ring and molds, the diameter of idle roll and the feed velocity of idle roll on CRR of CRTSHR are investigated by FE simulation.     

A novel unified model predicting flow stress and grain size evolutions during hot working of non-uniform as-cast 42CrMo billets

The cast preformed forming process(CPFP) is increasingly considered and applied in the metal forming industries due to its short process, low cost, and environmental friendliness, especially in the aerospace field. However, how to establish a unified model of a non-uniform as-cast billet depicting the flow stress and microstructure evolution behaviors during hot working is the key to microstructure prediction and parameter optimization of the CPFP. In this work, hot compression tests are performed using a non-uniform as-cast 42 CrMo billet at 1123–1423 K and 0.01–1sà1. The effect laws of the non-uniform state of the as-cast billet with different initial grain sizes on the flow stress and microstructure are revealed deeply. Based on experimental results, a unified model of flow stress and grain size evolutions is developed by the internal variable modeling method. Verified results show that the model can well describe the responses of the flow stress and microstructure to deformation conditions and initial grain sizes. To further evaluate its reliability, the unified model is applied to FE simulation of the cast preformed ring rolling process.The predictions of the rolling force and grain size indicate that it could well describe the flow stress and microstructure evolutions during the process.     

滚动轴承内圈故障的动力学模型建立及仿真

针对目前滚动轴承内圈含单一点蚀故障模型无法真实再现实际故障发生过程的缺陷,基于接触理论,综合考虑内圈变形和故障实际尺寸等因素,根据滚动体通过内圈点蚀故障形变量渐变释放的客观事实,建立了1种滚动轴承内圈故障的动力学模型,克服了传统模型瞬间释放变形量导致冲击力过大的缺陷。经数值仿真和试验验证表明了该模型的正确性。     

湿滑道面飞机轮胎临界滑水速度计算方法比较

以美国国家航空航天局(NASA)临界滑水速度计算公式为基础,基于耦合欧拉-拉格朗日(CEL)算法建立动流场冲击原地转动轮胎分析模型,并由NASA公式及试验数据验证了模型的正确性及NASA公式在重轴载高胎压范围的适用性。进而考虑实际道面积水状态,建立滚动轮胎冲击静流场模型,探讨实际积水状态对临界滑水速度的影响。通过两类模型对比分析得出:两类模型的轮胎-水膜相互作用机理不同,相同速度和胎压下,后者在轮胎前缘形成的动水压强峰值明显高于前者,表明滚动轮胎冲击静流场模型中轮胎受到动水压强抬升作用更为显著,且相同速度条件下,滚动轮胎冲击静流场分析模型计算的竖向支撑力和临界滑水速度始终低于动流场冲击滚动轮胎的结果,表明该模型计算结果偏于安全,更适用于飞机高速滑行中轮胎-水膜相互作用分析。据此,提出了基于道面积水状态的临界滑水速度计算公式。     

机身刚度对双体飞机颤振的影响规律分析

针对某双体飞机颤振特性复杂的问题,本文采用片条理论修正后的偶极子网格方法,建立了双体飞机非定常气动力模型,同时基于地面振动试验建立了不同机身刚度双体飞机等效梁模型。通过有限元方法,分析了机身刚度对双体飞机结构动力学的影响,同时通过求解耦合得到的频域方程,探究了机身刚度对双体飞机颤振的影响规律。研究结果表明,机身截面垂向刚度对机身一阶垂直对称弯曲模态、机身一阶垂直反对称弯曲模态与平尾滚转模态频率影响较大。机身截面垂向刚度降低到原设计刚度67%时,机身反对称弯曲模态对平尾扭转效应增强,机身一阶垂直反对称弯曲模态、平尾滚转模态与平尾一阶垂直反对称弯曲模态耦合,双体飞机在269.34 m/s时发生颤振,颤振频率为37.2 Hz。     

一种改进的压气机叶片辊轧成型前滑计算模型

航空发动机压气机叶片在辊轧过程中,由于辊轧出口处构件速度大于轧辊速度,存在前滑现象,从而影响叶片辊轧成形精度。针对此问题,为实现叶片无余量辊轧成型,在分析对称辊轧前滑计算模型的基础上,提出并研究了叶片辊轧前滑,建立了叶片辊轧前滑计算模型。为验证前滑计算模型精度,设计了薄板件、V形板件和叶片这3类典型构件CAD模型,基于DEFORM-3D对其辊轧成型过程进行数值计算分析。结果表明,该模型能够精确表达截面不规则类构件辊轧前滑量,为截面变化类构件辊轧前滑研究奠定基础。     

钢板内部缺陷失效分析

采用120 mm厚的45#钢轧制板材经粗加工后进行调质处理,热处理后超声探伤发现钢板厚度方向中部存在缺陷。通过失效分析认为,钢板内部的缺陷为沿变形方向分布的带状组织,部分带状组织中存在沿晶裂纹。形成带状组织及裂纹的机理是原材料钢锭浇铸过程中心部形成枝晶偏析,轧制过程中偏析区被拉长因而形成偏析条带,条带区因富含Mn、S、P等元素形成硬度较高的马氏体组织,调质热处理过程中在组织应力及热应力作用下马氏体条带组织区域发生沿晶脆性开裂。     

三维四向编织复合材料基本性能的有限元模拟

依据三维四向编织复合材料的结构特点,建立了能真实反映其空间构型的"双纽线"单元体胞模型,并以此为基础,采用有限元方法对C／SiC三维四向编织复合材料的基本性能参数进行了数值模拟,获得了该材料在制备冷却阶段的热变形行为以及残余应力和残余应变的分布状况,同时获得了制备后室温条件下该材料的等效弹性模量与等效热膨胀系数值。     

表面深滚处理对纯镍组织性能及残余应力分布的影响

通过一种新型表面自纳米化方法———表面深滚处理,在纯镍（N4）表面制备出晶粒尺寸小于500nm 的梯度超细晶结构,并对材料次表面微观组织结构、残余应力分布及力学性能进行了研究。结果表明：N4经过表面深滚处理,表面形成织构;由于剧烈塑性变形,位错大量产生,并出现胞状组织和高密度位错墙,这些组织经过演化形成超细晶,并在表面形成具有一定厚度的残余压应力场;与原始材料相比,经过表面深滚处理后表面组织硬度提高近一倍;通过合理选择滚压参数,其细化层厚度、硬度、表面粗糙度及残余应力分布均得到不同程度改善。