航空梁類鋁合金結構件滾壓變形校正理論及方法研究.pdf

1、現(xiàn)代飛機廣泛采用的鋁合金結構件受多種加工因素的耦合影響，普遍存在不同程度、不同形式的變形超差問題，變形校正工藝是保證航空結構件尺寸精度、實現(xiàn)低/無應力裝配的有效手段。為避免反變形校正等傳統(tǒng)校正手段引入的表層拉應力給工件疲勞壽命等性能指標帶來不利影響，可以在工件淺表層引入壓應力的滾壓變形校正在航空工業(yè)得到重視并獲得應用，是實現(xiàn)大長寬比薄壁結構件變形校正的有效手段，引入的表面壓應力在獲得工件尺寸精度的同時，提高工件疲勞壽命。然而，滾壓變形校

2、正多依賴于工人經(jīng)驗和試錯法，缺乏有效的校正理論、操作規(guī)程及工藝體系指導，質量穩(wěn)定性差，嚴重制約了航空結構件制造質量與效率。為此，圍繞通過滾壓引入淺表層微塑性變形及其變形協(xié)調實現(xiàn)航空結構件變形校正所涉及的科學問題，進行系統(tǒng)的理論、方法與工藝研究。
　　本文以鋁合金7050-T7451為研究對象，開展?jié)L壓過程中材料基礎物理力學行為研究。首先開展薄壁結構雙側滾壓試驗研究，揭示微觀組織結構演變規(guī)律，闡明滾壓殘余應力場形成機理。進而通過材料

3、流變行為分析表面形貌、硬度變化特點，揭示滾壓對材料表面質量完整性影響規(guī)律。借助ABAQUS軟件建立雙側滾壓有限元分析模型，并從應變和應力角度對模型進行驗證，進而對滾壓、裝夾釋放過程中的應變-應力-變形演變規(guī)律進行分析，發(fā)現(xiàn)滾壓導致的微塑性變形是結構件產生形狀改變從而達到校正效果的內在因素。
　　從簡單結構滾壓變形規(guī)律研究入手，逐步向復雜結構件滾壓變形校正推進。首先對長梁結構件截面特征進行分析，從滾壓變形校正角度對T型、U型截面進行

4、表征。然后利用有限元手段，在獲得滾壓參數(shù)對典型T型結構滾壓變形影響規(guī)律的基礎上，利用等效彎矩法分析滾壓對結構件彎曲變形的影響，建立等效彎矩與滾壓參數(shù)和工件結構參數(shù)的理論模型。最后將等效彎矩法用于滾壓校正載荷預測，開展T型結構滾壓校正試驗，變形量平均降低73.6％，驗證了利用等效彎矩法預測簡單截面工件滾壓校正載荷的可行性和有效性。
　　為實現(xiàn)復雜結構件滾壓變形校正載荷的預測，從能量平衡角度出發(fā)，通過建立彎曲變形工件所蘊含的應變能與滾

5、壓過程中外力做功的關系模型，獲得校正工件所需的外部能量輸入，進而獲得校正變形結構件所需的校正力矩，實現(xiàn)滾壓校正載荷的預測。針對復雜結構件滾壓變形校正仿真方法，采用直接應力法建立加工變形-滾壓校正協(xié)同仿真環(huán)境，實現(xiàn)滾壓校正載荷準確性的快速評價。最后采用三隔框結構件對載荷預測理論進行驗證，仿真獲得的變形量由0.321mm降低到0.018mm，變形消除率為94.5％，試驗變形量由0.333mm降低到0.060mm，變形消除率為82.0％。