航空薄壁弧形件加工变形的非线性有限元分析

采用有限元模拟技术研究航空薄壁弧形结构件加工变形问题。针对现有的加工工艺和装夹方案建立了数值分析模型。应用商业有限元软件AN-SYS分析了立铣切削力产生的残余应力及其对工件变形的影响。     

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。     

热固性树脂基复合材料固化变形研究进展

热固性树脂基复合材料结构在热压罐成型过程中,由于模具的约束作用,会导致工件内部残余应力的产生,进而引起工件回弹变形和翘曲变形.对影响残余应力和变形产生的各种因素进行了综述及分析,这些因素包括热膨胀、固化收缩、铺层方式、固化温度、模具热膨胀、气孔含量、热梯度分布、纤维含量梯度分布、降温速率、固化时间、纤维含量、模具表面处理、模具角半径和模具热传导性能.     

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。     

沉积态增材制造过程中的沉积路径影响研究

为了揭示沉积态增材制造(AM)过程中沉积路径的影响,采用有限元(FEM)法研究了6种典型的沉积路径下的瞬态温度、瞬态应力、残余应力和残余变形。研究结果表明,在成形过程中,沉积路径对热传导和瞬态温度分布有显著影响,从而在冷却至室温后引起不同的残余应力和残余变形。之字形沉积产生的残余应力和残余变形最大,隔行沉积产生的残余应力和残余变形最小,可认为是最优方案。本文结论可为沉积态增材制造工艺沉积路径方案的制订提供重要参考依据。     

飞机结构件数控加工变形控制研究与仿真

以飞机弧形结构件这一典型易变形的零件为例,研究数控加工变形情况及其影响因素,分析数控加工过程中切削力对变形、残余应力对加工变形、装夹布局对飞机结构件数控加工变形的影响,并针对所研究的3个方面建立相应的物理仿真模型,模拟加工变形情况,提出了相应的解决方案。     

铝合金剪切旋压残余应力分布规律

研究了剪切旋压加热温度、进给率和半锥角对残余应力分布的影响规律.试验结果表明:旋压进给比增大,残余压应力减小;适宜的旋压变形温度范围有利于降低工件表面残余应力;半锥角对工件表面残余应力的影响不显著,5A06铝合金旋压适宜采用30°～45°的半锥角.     

U型复合材料结构件热压罐固化变形及补偿技术应用研究

以复合材料U型构件为研究对象,采用数值模拟的方法对U型件进行热压罐温度场的模拟,模拟出在不同时间段工装和工件的温度分布情况,模拟工件在工装传热和变形影响下的内部传热、固化度、最终变形情况和残余应力水平等。根据模拟结果,优化热压罐固化工艺参数,从而改善固化热变形问题,根据分析结果制定补偿方案并实施验证,同时优化工装结构形式,采用工装型面补偿技术对零件固化变形进行预补偿。结果表明,补偿后零件变形后的外形与理论几何外形相差1.37mm,验证了补偿技术的可行性。工装型面补偿技术可以有效提高复合材料结构件的制造精度。     

基于残余应力重分布的导轨梁加工变形仿真与变形控制工艺方案研究

为解决大型薄壁铸件导轨梁在材料去除过程中因残余应力的释放与重分布导致变形超差的工艺难题,对导轨梁零件加工工艺进行分析,实现零件模型的简化与子结构分割;同时开展零件毛坯表面残余应力测量,成功建立零件毛坯初始应力模型。在此基础上结合实际加工工艺开展零件加工有限元仿真,模拟加工过程中由于材料去除引起的残余应力释放,预测了加工过程中残余应力重分布规律和加工变形情况。总结了零件加工变形的有限元仿真结果,提出抑制零件加工变形的工艺方案。经验证,改进后的工艺顺序使零件最大变形量由0.485 mm降至0.081 mm,降低83.3%,避免了零件在加工过程中的尺寸超差。同时该平面作为后续加工的基准,保证了后续加工的精度,为生产工艺优化提供了有效的理论依据。     

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。     

高速切削GH4169高温合金时的残留变形及切削力仿真

应用ABAQUS有限元分析软件建立了高速切削镍基高温合金GH4169的二维切削仿真模型,对切削过程进行了模拟,获得了切削过程中的应力变化及分布情况、切削速度和切削深度对切出端应力分布、残留变形及切削力的影响。研究结果表明:在切削过程不同的切削阶段中第一变形区的最大等效应力大小总体变化不大;切削速度对工件切出端应力分布的影响不大,切削深度增大使得较大应力分布面积明显增大;刀具切出工件后在工件切出端处会形成塑性延伸变形,塑性延伸长度在切削速度较低时较大,而在切削速度较大时较小且变化不大,塑性延伸长度随着切削深度的增加而增加;切削分力F_x随切削速度和深度的增大而增大,F_y随切削深度的增加而有所增大,但切削速度对F_y的影响较小。切削深度对F_x的影响较切削速度更大。     

Machining deformation of single-sided component based on finishing allowance optimization

Owing to reliability and high strength-to-weight ratio, large thin-walled components are widely used in the aviation and aerospace industry. Due to the complex features and sequence involved in the machining process of large thin-walled components, machining deformation of component is easy to exceed the specification. In order to address the problem, it is important to retain the appropriate finishing allowance. To find the overall machining deformation, finishing allowance-induced deformation (web finishing allowance, sidewall finishing allowance) and initial residual stress-induced deformation were considered as major factors. Meanwhile, machined surface residual stress-induced deformation, clamping stress-induced deformation, thermal deformation, gravity-induced deformation and inertial force-induced deformation were neglected in the optimization model. Six-peak Gaussian function was introduced to fit the initial residual stress. Based upon the obtained function of initial residual stress, a deformation prediction model between initial residual stress and finishing allowance was established to attain the finishing allowance-induced deformation. In addition, linear programming optimization model based on the simplex algorithm was developed to optimize the overall machining deformation. Results have concluded that the overall machining deformation reached the minimum value when sidewall finishing allowance and web finishing allowance varied between 1 and 2 mm. Additionally, web finishing allowance-induced deformation and sidewall finishing allowance-induced deformation were 1.05 mm and 0.7 mm. Furthermore, the machining deformation decreased to 0.3–0.38 mm with the application of optimized finishing allowance allocation strategy, which made 39–56% reduction of the overall machining deformation compared to that in conventional method.     

点阵结构压气机叶轮3D打印过程设计及打印性能分析

基于八角桁架点阵结构,提出了一种新的涡轮压气机叶轮轻量化设计方法。在保证点阵轮具有可加工性的同时为了提高打印成功率,基于有限单元法对点阵轮不同激光功率、激光走速、激光宽度、铺粉层厚和支撑切割高度下的增材制造过程进行模拟,分析了不同打印参数下点阵轮打印过程的最大残余变形及最大残余应力。结果表明,激光打印参数(如激光功率、激光走速和激光宽度)对叶轮残余变形和残余应力幅值有较大影响,而铺粉层厚对残余变形和残余应力幅值的影响相对较小,通过降低激光功率、提高激光速度和增加激光宽度,可以降低叶轮的残余应力。对于填充率为11.4%的晶格单元,点阵轮相对于原始轮质量可降低23.5%。加工完成后点阵轮的残余变形和残余应力均小于原始轮,本文工况下,点阵轮加工完成后的最大残余应力和变形可分别比设计轮最多降低8.72%和20.19%。这意味着采用点阵轮的设计方式在降低叶轮质量的同时,还将具有更接近于原始设计且更不容易在加工中损坏的优良加工性。     

TC17钛合金铣削刀具磨损对残余应力影响研究

为了获得高性能航空发动机用TC17钛合金材料铣削过程中刀具磨损对残余应力的影响规律,通过对不同刀具后刀面磨损量下铣削工件表层残余应力的测试,建立了刀具磨损对残余应力的影响关系,并对影响机理进行了分析。结果表明,硬质合金刀具低速铣削钛合金时,刀具对已加工表面的挤光效应引起的残余压应力占主导地位;不同刀具后刀面磨损量下,残余压应力沿深度方向先增大达到一个最大压应力值后,然后减小趋向于零应力;表面残余应力、最大残余压应力以及残余应力的影响深度都随刀具后刀面磨损量的增大呈增大趋势。     

薄壁零件数控加工工艺质量改进方法

 提出了通过数控加工前期的预防性仿真 (包括几何仿真与物理仿真 )分析与减小工件变形的数控工艺设计过程范式,将工件视为弹性体,模拟实际加工中的工艺约束,建立工艺模型,通过有限元分析检查变形引起的微观误差。并根据工艺成本代价,依次采取进给量局部调整、刀具路径修正、改进装夹方案、改进毛坯结构工艺性 4种策略,减小或消除加工变形误差,达到逐步改进工艺质量的目标。以某薄壁口框验证了通过预防性仿真改进工艺质量的有效性。     

镍基高温合金GH4169磨削参数对表面完整性影响

研究了用单晶刚玉砂轮磨削镍基高温合金GH4169时,磨削参数对表面完整性中的表面特征(表面粗糙度、表面形貌、表面显微硬度和表面残余应力)的影响,以期优化磨削参数.砂轮速度依次选择15,20,25m/s,磨削深度分别选择50,100,150μm,工件速度分别选择5,10,15m/min.研究结果表明:表面粗糙度对工件速度的变化最敏感,表面显微硬度对砂轮速度变化最敏感,表面残余应力对砂轮速度变化最敏感;同时表明了磨削参数对磨削表面形貌、显微硬度梯度、微观组织、残余应力梯度的影响,揭示了表面完整性中的变质层形成规律.其塑性变形层在5～10μm,显微硬度变化影响层为80～100μm,残余应力影响层厚度为80～200μm,其为磨削镍基高温合金表面完整性控制研究提供相关的实验数据基础.      

钛合金叶片前缘的外物损伤残余应力数值分析

为研究航空发动机叶片外物损伤(FOD)位置残余应力的分布规律,根据真实叶片前缘特征设计了模拟叶片,基于Johnson-Cook本构模型,使用LS-DYNA软件仿真分析钢珠以不同角度冲击钛合金模拟叶片前缘的过程,对比仿真与相同试验条件下的空气炮模拟外物损伤试验的FOD损伤形貌与宏观尺寸,验证了有限元模型的正确性。提取仿真计算的不同入射角度对应的FOD位置残余应力分布,结果表明:钢珠以0°角入射时,钢珠冲击产生的接触力和变形能明显大于其他入射角度的情况,说明钢珠偏斜一定角度入射时造成的偏斜型缺口处的材料失效与变形不如外物正撞前缘形成的半圆型缺口严重;在FOD缺口底部尖端靠近入射表面区域存在明显的残余拉应力。随着入射角度的增大,残余拉应力区的范围逐渐扩大,残余拉应力最大值逐渐减小。     

固化工艺影响L形复合材料制件固化变形研究

通过数值模拟方法,利用ABAQUS有限元仿真软件,模拟含R角的复合材料构件的固化过程.根据已有的固化工艺,比较不同工艺条件对复合材料构件固化过程中的温度场和固化度场及变形的影响.结果表明,合理地降低固化工艺温度和固化冷却速率可以减少残余应力的积累,缓解固化变形.