不同温度和应变速率下BTi6431S新型钛合金流变应力行为

通过在870～900°C温度范围内和应变速率为0.000 1～0.01/s下,对BTi6431S新型钛合金薄板进行了单向拉伸试验,研究了BTi6431S新型钛合金在高温条件下流动应力与变形温度和应变速率之间的关系,并利用改进的Hooke law和Grosman方程建立了BTi6431S钛合金的应力-应变本构模型。研究结果表明:BTi6431S钛合金在870～900°C温度下,流动应力随着温度的升高而降低,随着应变速率的增大而明显升高,在进入塑性变形区间,基本保持稳态流动。拟合得到的本构方程能够较准确地反映了BTi6431S钛合金在高温下的流动应力变化情况。     

高速铣削速度对TC4钛合金表面完整性影响机理

通过TC4钛合金的高速铣削加工实验,研究了铣削速度对钛合金已加工表面完整性的影响规律.利用专业金属切削加工有限元软件AdvantEdge,对TC4钛合金高速铣削过程进行了二雏模拟仿真.获得了在不同铣削速度下的温度场分布以及铣削速度对刀具前后刀面切削温度的影响规律.基于仿真结果,分析了TC4钛合金高速铣削速度对表面完整性的影响机理.结果表明:切削区最高温度位于刀一屑接触面上,距离刀尖0.01～0.02 mm的位置.铣削速度对切削温度影响显著.切削温度整体上随铣削速度增加而升高,但当铣削速度为301 m/min时,切削温度有所下降.     

TC4板料电辅助加热数控渐进成形工艺分析及优化

采用有限元分析软件MSC.Marc对TC4板料的电辅助加热渐近成形进行了数值分析,研究了进给速度、层距和电流等因素对工具头受力、板料温度和应变的影响规律.通过成形实验对数值分析进行了验证,并提出了工艺优化方法.实验表明:电流是影响TC4板料成形性能和温度的最主要因素,最佳成形温度为500～600℃.加工后板料的强度极限降低约10%,硬度增高14%左右,为该技术的应用提供了工艺指导.     

TC4-DT钛合金不同热变形条件下流变应力

利用Gleeble-3500型热模拟实验机,研究TC4-DT钛合金在温度850～1 000°C,应变速率0.01～10s-1,变形程度为70%条件下的热变形行为,分析流变应力行为及微观组织演变规律,建立并验证高温应力本构关系模型。结果表明,TC4-DT合金在950°C以下的较低温度变形时应力软化现象非常明显,在950°C以上高温度变形时,低应变速率(如.ε=0.01s-1)促进了动态再结晶行为的发生,而在较高的应变速率(如.ε=10s-1)时,一般只发生动态回复现象;并验证试验合金高温变形时的流变应力规律服从Z参数的双曲对数函数形式,模型预测应力值与实测值之间的平均相对误差为2.23%。     

BTi6431S钛合金盒形件热拉深成形工艺数值模拟

为研究BTi6431S钛合金热拉深成形工艺,本文以某型号飞行器天线盒盖为例,通过设计正交实验方案,先后分别对无压边情况下拉深成形进行了有限元数值模拟,用最薄壁厚减薄率作为描述零件成形结果的评价标准,得出该钛合金件在成形温度为650°C,首次拉深凹模圆角半径11mm、凸模圆角半径7mm、转角半径12mm、拉深高度25mm参数下,最薄壁厚减薄率最小(20.3%)。     

退火温度对Ti6Al4V薄板退火变形影响的有限元分析及实验验证

为了研究钛合金退火变形规律,对Ti6Al4V薄板初始残余应力作一定假设和简化,采用MSC.marc软件建立Ti6Al4V薄板退火热粘塑性模型,分析不同退火温度(550, 580, 600, 620, 650 ℃)对钛合金退火变形的影响及其原因,并结合退火实验验证模拟结果。结果表明,初始残余应力在蠕变作用下产生蠕变应变和弹性应变,使薄板退火后应变分布符合板材弯曲时典型应变分布规律,最终导致薄板退火变形。随着退火温度升高,蠕变作用加强,退火变形增大,而应力应变随时间变化趋势基本一致。实验结果验证了数值模拟的可靠性。     

7075Al/SiCp复合材料热压缩变形的研究

采用圆柱试样在Gleeble-1500热模拟机上对7075Al／SiCp复合材料进行高温压缩变形实验，变形温度为300-500℃，应变速率为0．001-1s^-1。结果表明：7075Al／SiCp复合材料的流变应力大小受变形温度和应变速率的强烈影响，流变应力随应变的增加而逐渐增加，出现一峰值后逐渐下降；流变应力随变形温度的升高，应变速率的降低而降低。可用Zener—Hollomon参数的双曲正弦形式来描述7075Al／SiCp复合材料高温压缩变形流变应力，其变形激活能Q为279．659KJ/mol。     

小型低温风洞压缩机转子结构设计

低温风洞的轴流压缩机是整个风洞的动力装置,具有温度范围宽广、运转速度较高等特点。本文围绕低温压缩机的转子结构设计,论述了压缩机主轴-轮毂连接、轮毂-叶片连接、轴承的选取、轴承的润滑、密封结构形式以及轴系热防护方案等关键技术,针对弹性支承下的转子动力学校核以及转子热应力计算等内容开展了仿真研究。计算结果表明,转子第一阶临界转速远高于最大转速,降温结束时推力轴承座圆锥面内侧的最大应力值约170MPa,安全系数大于1.5。压缩机组和小型低温风洞进行了联合调试,当总温降至110K时,轴承温度大于5℃,轴承振动在全转速范围内小于3mm/s。各项性能指标均满足使用要求,调试结果验证了该压缩机转子系统设计的可靠性。     

机场跑道改性沥青混凝土抗冲击性能

为研究中高应变率下NRP和掺高粘剂的SBS两种改性剂对AC-13型沥青混凝土动力性能的影响,采用直径74 mm SHPB装置进行了4个气压下的冲击压缩试验,获得了不同种类改性沥青混凝土的破坏形态及应力-应变曲线。研究表明：沥青混凝土动态应力-应变曲线分为弹性变形、塑性强化和塑性破坏3个阶段,破坏形态分为裂缝、破损、块裂和碎裂4种;两种改性剂均能改善沥青混凝土的抗冲击性能,并且对峰值应力和冲击韧性的应变率敏感性有一定影响,在不同应变率范围内两种改性剂对冲击韧性增强作用不同,NRP对峰值应力增强作用优于掺高粘剂的SBS;应变率超过130/s时,沥青混凝土出现弹性模量退化现象,NRP对弹性模量有提高作用。     

DZ125合金高温循环变形特性及本构建模

开展了定向凝固镍基合金DZ125高温循环变形特性的试验研究;试验包括纵向[001]、横向[010]和45o[011]三个晶向;温度包括室温、650℃、760℃、850℃和980℃。试验观察到材料变形的率相关、循环硬化/软化、平均应力松弛等力学现象。试验还得到了这些力学行为与温度、晶向、应变率、应变范围的关系。基于以上的材料变形特征,采用各向异性扩展的Chaboche统一型粘塑性本构模型对DZ125合金的力学特性进行了本构建模研究。开发了基于遗传算法的材料参数提取和优化方法。并通过ABAQUS用户子程序(UMAT)结合有限元方法,进行了数值模拟验证和变形预测。     

振动频率对超声辅助切削温度影响的仿真研究

钛合金为难加工材料,被广泛应用于航天航天等领域,近年来,超声振动在钛合金切削加工方面得到广泛的运用。在实现断续切削的情况下(2πfa3Vc),运用Adevant Edge软件建立了反映温度场分布的超声振动车削有限元模型,并用该模型仿真研究了振动频率对超声切削温度影响的规律。研究表明:适当增大超声振动频率可降低加工接触率,实现断续切削,降低刀尖切削温度,增加刀具的使用寿命;在相同工艺参数条件下,存在一振动频率临界点,超过该频率将导致刀尖与切屑摩擦热增加速度大于刀具散热速度,致使刀具温度升高。     

航空铝合金7050-T7451高速切削加工中流动应力模型

通过对分离式Hopkinson压杆进行高温动态压缩实验,得到在冲击压缩中材料航空铝合金7050-T7451在室温到高温550℃的应变、应变率与应力间的数据依赖关系.利用高速切削实验及有限元模拟相结合对该数据关系进行修正以适合高速切削加工的"高温"、"高应变率"及"大应变"状态.选择综合考虑温度软化效应,应变强化和应变率强化效应的经验Johnson-Cook模型,对其数据关系进行量化的描述,并确定铝合金7050-T7451流动应力本构模型中材料常数的值,最后建立了铝合金7050-T7451的本构模型.以实验和模拟中输出主切削力为比较指标,验证了所建模型的正确性.     

涡轮盘热力耦合及中心孔疲劳裂纹扩展研究

基于有限元软件ABAQUS/Franc3D,对某型航空发动机涡轮盘在热-机械载荷作用下的疲劳裂纹扩展规律进行研究。首先,进行涡轮盘网格无关性验证以保证计算精度;其次,针对涡轮盘进行导热分析以确定温度分布;再次开展了热-力载荷联合作用下的应力应变计算、静强度校核;最后,计算了中心孔处疲劳裂纹扩展参量以及疲劳裂纹扩展寿命。研究结果表明:该涡轮盘在最大转速状态下静强度满足要求,中心孔区域为应力集中危险点。裂纹尖端温度变化速率随着裂纹的深入而增加,导致了裂纹尖端应力场的扰动,裂纹由I型模式转为I/II混合模式。疲劳裂纹扩展寿命预测结果偏于危险,但可为涡轮盘损伤容限设计提供依据。     

高热环境下前缘结构高温应变测量

高超声速飞行器前缘在大气层中长时间飞行时受热严酷,热应力影响大,分析前缘结构热应力十分必要。在电弧风洞模拟的高热环境下采用高温应变计对高超声速飞行器前缘结构进行了高温应变测量,介绍了试验设备、试验条件、试验模型和热输出标定等,并介绍分析了碳基复合材料和某耐热合金2种材料前缘模型试验结果,同时对比了有限元计算结果,表明测量结果真实。试验应变测量最高温度600℃,试验结果表明,前缘模型侧面平板的应力状态处于合理水平。应力应变数据对于结构优化设计起到了重要作用。     

大切深数控电解铣削加工阴极设计及试验研究

难加工材料整体叶轮广泛应用于航空领域,采用传统切削加工存在刀具磨损快、加工效率低等问题。本文针对某型号复杂整体叶轮,提出大切深五轴数控电解铣削预加工方法。通过设计锥形螺旋刃阴极,分析不同旋转角下单、双螺旋刃出口流场分布,得到旋转角720°的单螺旋刃阴极出口压力和流速分布均匀。同时开展大切深数控电解铣削加工试验,结果表明:在选取的工艺参数范围内,加工平衡间隙和进给速度随着加工电压升高而增大;较低的电解液温度有利于实现小间隙加工,可显著提高加工精度;主轴转速达到1 500 r/min后对加工速度影响较小。得到大切深数控电解铣削整体叶轮加工叶片,一次最大切深可达65 mm,余量误差控制在0.5 mm范围之内,提高了整体叶轮加工效率。     

热防护系统损伤容限分析

建立了含初始矩形损伤的热防护系统(Thermal protection system,TPS)气动热分析的CFD数值模型,分析结果表明损伤区域侧壁出现了很高的热流密度峰值,并且迎风面侧壁峰值高于背风面,而损伤区域底部热流密度却很低。利用分析获得的热流密度建立了含损伤和无损伤TPS的有限元传热分析模型。分析结果表明:损伤的存在导致防热瓦最高温度急剧上升,超过其材料能承受的极限温度(1 500℃),防热瓦首先失效,而损伤对机体最高温度影响较小。最后进行了TPS损伤容限分析,在防热瓦极限温度约束下,外部热流密度最大值从100kW/m2增加到140kW/m2,矩形损伤宽度最大容许值从22.7mm减小到12.6mm,而弧形损伤宽度最大容许值从34.6mm减小到25.1mm,即随着外部热流密度最大值增加,损伤宽度的最大容许值降低,并且相同外部热流密度水平下弧形损伤宽度的最大容许值大于矩形损伤。     

低温风洞绝热结构设计与性能分析

绝热结构设计是建造大型低温风洞的关键环节之一。结合数值计算与试验,开展了绝热结构设计和性能分析研究。基于风洞运行条件,对绝热结构进行了设计和选材;建立了绝热结构有限元模型,基于风洞运行的最恶劣工况对绝热结构性能进行了数值计算分析,分析其绝热特性和应力分布规律。设计构建了可模拟低温风洞服役环境的试验舱平台,开展了低温交变压力冲击下的应力/应变和温度测量试验。研究结果表明:设计的绝热结构满足低温风洞运行要求,设计的试验舱平台适用于绝热结构性能考核,也为研究其他材料在低温环境下的热力学性能提供了一套可靠的试验平台。