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。     

焊接顺序对TA15钛合金壁板焊接变形的影响

建立了TA15钛合金壁板焊接有限元模型,利用热弹塑性有限元法分析了焊接顺序对壁板变形的影响。通过对比焊缝截面宏观形貌和残余应力,建立了TIG穿透焊焊接工艺的双椭球热源模型,进而模拟了5种焊接顺序下壁板变形情况。结果表明:按从一侧开始的顺序进行焊接时,下壁板中部边缘凸起,最大变形量为3.9mm;采用对称施焊,可有效地控制壁板变形量。     

TA15钛合金超高频氩弧焊工艺试验研究

针对TA15钛合金材料进行了超高频脉冲钨极氩弧焊接工艺试验。采用金相试验方法和力学性能试验对超高频焊接和常规焊接工艺下的显微组织和性能进行对比。结果表明,采用超高频氩弧焊的焊缝宽度明显比常规氩弧焊窄,晶粒尺寸减小30%以上;α相片层厚度要厚于常规焊,且分布更规律、更有序。超高频脉冲焊接接头抗拉强度与常规氩弧焊基本相当,塑性优于常规氩弧焊,其疲劳性能也高于常规焊。     

高温合金和钛合金的电火花加工研究新进展

高温合金和钛合金由于性能优越,被广泛应用于航天航空领域。但由于高温合金高温强度大且导热性差,加工硬化等现象严重,在机加工过程中刀具磨损严重,加工表面质量较差;钛合金塑性小,钛的活性较强容易被氧化或是产生氢脆性,在机加工时会出现严重的加工硬化和粘刀现象,加工难度较大。电火花加工依靠火花放电产生的局部高温来蚀除材料,工具电极和工件不接触,加工不受材料的机械性能限制,因此对于高温合金和钛合金的加工有重要的意义。从电火花成形加工、电火花线切割加工、微细电火花加工、电火花铣削、电火花表面强化和其他电火花加工方式6个方面综述了高温合金和钛合金材料电火花加工研究的新进展,并介绍了主要的研究成果。     

固溶前退火处理对2050铝锂合金冷轧薄板力学性能与组织的影响

采用拉伸性能测试、电子背散射衍射分析(EBSD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM),研究了固溶前退火处理(300℃/4 h,400℃/2 h)对2050铝锂合金冷轧薄板T8时效后力学性能、晶粒组织和析出相的影响。研究结果表明:固溶前退火处理导致2050铝锂合金冷轧薄板固溶态不完全再结晶数量增多,晶粒长厚比增大,小角度晶界比例增加,同时使合金Goss织构密度增大。T8时效后主要强化相为T_1相和θ′相。固溶前退火处理可导致后续T8时效时T_1相在不同{111}_(Al)面上析出差异,其中部分{111}_(Al)面上T_1相析出减少,而预拉伸变形时承受高分切应力{111}_(Al)面上T_1相析出增加,从而影响合金的力学性能。固溶前300℃/4 h退火处理可使T8时效后合金屈服强度和抗拉强度提高,伸长率基本保持不变。     

ZL101泵壳凝固成形工艺设计数值仿真优化

针对ZL101泵壳设计了两种不同的浇铸系统,借助FEM方法完成了充型流动场、凝固固相场与疏松分布的数值计算对比分析。结果表明:采用底注式浇铸系统,合金熔体充型平稳,型腔内部充型初期卷入的气体可有效排出,凝固次序为自上而下与自内向外的逐层凝固,T5热处理后本体试样平均抗拉强度、屈服强度与延伸率分别为334.5、274 MPa与5.8%,满足了HB962-2001Ⅱ类铸件的技术指标要求。     

形状记忆合金薄板低速冲击载荷下热力耦合行为分析

进行形状记忆合金(shape memory alloy,SMA)薄板不同冲击能量条件下低速冲击实验,以SMA 热力学本构模型为理论基础,通过数值手段对超弹性SMA 薄板的冲击响应进行仿真分析,探究冲击载荷作用下SMA 热力耦合行为特征。结果表明:数值仿真结果与实验数据吻合良好,有效表征了SMA 薄板冲击过程中的变形、相变、耗散、温变等热力耦合行为特征。     

2024-T351铝合金搅拌摩擦搭接焊接头疲劳性能与寿命预测

通过实验观察2024-T351铝合金搅拌摩擦搭接焊接头焊缝附近区域的焊缝横截面形貌及金相组织。观察表明搅拌摩擦搭接焊接头前进侧与后退侧存在形状不对称的钩状缺陷。将搅拌摩擦搭接焊接头在MTS材料实验机上进行恒幅疲劳加载,得到名义应力幅S-N曲线。根据实验结果建立搭接接头的弹塑性有限元模型,利用SWT疲劳损伤公式和应力集中区域循环应力应变有限元分析结果数据,预测搭接接头疲劳寿命,并将寿命预测结果与实验结果进行对比。结果表明:在低周疲劳寿命范围内,采用SWT疲劳损伤公式对搅拌摩擦搭接焊接头的预测结果与实验结果接近,误差均在2个因子内,但对高周疲劳寿命的预测结果存在较大误差。分析表明,搭接接头的应力集中程度比有效厚度对疲劳寿命的影响更大。     

TC17钛合金焊接及局部热处理残余应力的数值模拟

对TC17钛合金平板的氩弧焊焊接和焊后热处理过程进行了数值模拟,模型中考虑材料相变和蠕变,计算得到焊接和热处理过程中的温度场演变情况和热处理前后残余应力分布规律。结果表明,由于存在较大的热输入,焊后产生了较大的残余应力,焊缝附近的HAZ区域纵向残余拉应力达到了650MPa左右,热处理后降低至160MPa左右。采用小孔法和X射线衍射仪测量了试件的残余应力,模拟计算得到的残余应力值与小孔法测试结果符合性较好。     

铝合金阀门壳体交叉孔数控去毛刺的工艺优化与应用

随着火箭增压输送系统的阀门制造任务日益繁重,阀门零件交叉孔毛刺的去除急需稳定有效的工艺方法。为实现运载火箭铝合金阀门壳体交叉孔相贯线毛刺稳定高效的去除,提出了一种使用过孔刀数控加工去除交叉孔毛刺的工艺方法。设计了过孔刀数控加工去毛刺试验方案,研究了交叉孔相贯线毛刺去除原理,分析了工艺参数对毛刺去除质量的影响规律,得出了铝合金阀门壳体的交叉孔毛刺去除的最优工艺参数。研究表明,该方法能在交叉孔相贯线位置形成过渡圆角,实现了铝合金交叉孔毛刺稳定高效的去除,在航天阀门产品应用中取得了良好的加工效果。