试议厚板航空铝合金坯料残余应力及其制约措施

论文导读：抗应力疲劳性能优异、良好的机械加工性能等优点，是现代航空、航天、武器装备等领域必不可少的关键材料，其中7075铝合金厚板广泛运用于运载火箭、战机、民机、高速列车等的承载整体结构件，尺寸往往很大。该类整体航空部件除尺寸大外，结构也非常复杂，一般都需要经过数控铣削、增量轧压等工艺历程，然而，整体结构件的理想形状和尺
摘要：2×××和7×××多种牌号的铝合金兼顾质轻、比强度高、耐腐蚀性好、抗应力疲劳性能优异、良好的机械加工性能等优点，是现代航空、航天、武器装备等领域必不可少的关键材料，其中7075铝合金厚板广泛运用于运载火箭、战机、民机、高速列车等的承载整体结构件，尺寸往往很大。该类整体航空部件除尺寸大外，结构也非常复杂，一般都需要经过数控铣削、增量轧压等工艺历程，然而，整体结构件的理想形状和尺寸很难获得，总是伴随着变形、翘曲甚至报废。引起这些不足的主要理由是残余应力。另外,疲劳、断裂、腐蚀与磨损等失效方式也都与残余应力密切相关。因而探讨残余应力的大小及其分布规律具有重要作用，可为进一步的有效利用或者消除残余应力提供技术指导。本论文主要做了如下工作：较为系统的阐述了铝及其合金尤其是航空铝合金的进展与运用、残余应力的产生与分类以及残余应力对航空工业的危害等。介绍了目前主流的或较为可靠的航空铝合金残余应力测试技术，阐述了X射线衍射法、中子衍射法、钻孔法、裂纹柔度法测量残余应力的原理与策略。其次，自制了测量装置，将一种被称为压痕应变法的残余应力测试新技术首次引入到航空铝合金厚板残余应力的测量，结合试验测量历程，对压痕应变法的测量原理、试验标定等历程进行了细致的诠释。测量了厚度为50mm的7075铝合金淬火板坯的表面残余应力，并和基于Ansys软件的有限元数值模拟结果进行比较，二者基本一致。在验证了有限元仿真结果可靠性的前提下，进一步用瞬态有限元法对一系列不同厚度的7075铝合金板材进行了淬火残余应力模拟，并揭示了其形成机理与分布规律。为航空铝合金厚板的后续机械加工提供指导。将用于型材成形的拉弯法引入到航空铝合金坯料残余应力的消除或者制约，用Ansys软件对同时拉伸和弯曲进行了有限元模拟，分别对先拉后弯和先弯后拉进行了相关的数值计算，并给出了最终的残余应力剖析式。该部分作为残余应力制约策略的一次尝试和探究，希望起到抛砖引玉的作用。关键词：航空铝合金论文厚板论文残余应力论文试验测量论文数值模拟论文拉弯法论文
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Abstract8-13
第1章 绪论13-27

1.1 航空铝合金的进展及运用13-17

1.1 进展历史13

1.2 分类策略13-16

1.3 运用近况16-17

1.2 航空整体结构件的进展及运用17-18

1.3 残余应力的探讨18-24

1.3.1 残余应力的产生和分类18-20

1.3.2 残余应力的探讨历史和近况20-22

1.3.3 航空铝合金坯料残余应力的探讨22-24

1.4 航空铝合金加工变形的探讨24-25

1.5 课题的探讨背景及作用25-27

第2章 残余应力的实验测量策略27-42

2.1 引言27

2.2 物理测定法27-36

2.1 X 射线衍射法27-32

2.2 中子衍射法32-36

2.3 机械测定法36-41

2.3.1 钻孔法37-39

2.3.2 裂纹柔度法39-41

2.4 几种测量策略的比较41-42

第3章 淬火模拟的有限元论述42-55

3.1 引言42-44

3.

1.1 探讨背景42

3.

1.2 淬火模拟的主要内容42-44

3.2 淬火温度场的有限元模拟44-48
3.

2.1 数学论述和模型44-45

3.

2.2 变分原理45-46

3.

2.3 瞬态温度场的有限元空间离散46-47

3.

2.4 瞬态温度场的有限元时间离散47-48

3.3 淬火应力场的有限元模拟48-55

3.1 热弹性不足48

3.2 热弹塑性不足48-50

3.3 淬火应力场的有限元求解50-55

第4章 7075 厚板淬火残余应力的试验测量和数值浅析55-67

4.1 引言55-56

4.2 7075 厚板淬火残余应力的试验测试56-60

4.

2.1 测量原理56-57

4.

2.2 试验测量57-60

4.3 7075 厚板淬火残余应力的数值模拟60-66
4.

3.1 条件简化60

4.

3.2 基本方程和边界条件60-62

4.

3.3 有限元模型62-63

4.

3.4 50mm 厚板残余应力的模拟结果浅析63-65

4.3.5 不同厚度板料的残余应力模拟论文导读：非同时拉伸和弯曲的数值计算70-775.4.1先拉伸后弯曲70-735.4.2先弯曲后拉伸73-755.4.3残余应力75-775.5本章小结77-78结论78-80参考文献80-83致谢83-84攻读硕士期间发表（含录用）的学术论文84上一页12
结果浅析65-66

4.4 本章小结66-67

第5章 7075 厚板淬火残余应力的拉弯法制约67-78

5.1 引言67

5.2 拉弯法介绍67-68

5.3 同时拉伸和弯曲的有限元模拟68-70

5.4 非同时拉伸和弯曲的数值计算70-77

5.

4.1 先拉伸后弯曲70-73

5.

4.2 先弯曲后拉伸73-75

5.

4.3 残余应力75-77

5.5 本章小结77-78
结论78-80
参考文献80-83
致谢83-84
攻读硕士期间发表（含录用）的学术论文84