基于雙級(jí)線圈徑向驅(qū)動(dòng)的孔電磁強(qiáng)化方法研究.pdf

1、統(tǒng)計(jì)表明，緊固件孔的疲勞已經(jīng)成為制約飛機(jī)整體疲勞壽命提高的主要因素。雖然現(xiàn)有孔冷擠壓強(qiáng)化技術(shù)能夠不同程度地提高孔件的疲勞壽命，但是該類技術(shù)存在殘余應(yīng)力軸向分布不均、易損傷孔壁、孔口端面不平整、特殊孔件難以強(qiáng)化等固有問(wèn)題，導(dǎo)致其難以進(jìn)一步提高飛機(jī)的整體疲勞壽命。而孔電磁強(qiáng)化方法具有非接觸、體載荷、控制靈活的特點(diǎn)，使其具有突破孔冷擠壓強(qiáng)化技術(shù)限制的潛力，但是現(xiàn)有孔電磁強(qiáng)化方法因?yàn)樗桦姶艆?shù)非常極端，而難以在工程上實(shí)現(xiàn)，這導(dǎo)致目前其潛力難以

2、發(fā)揮。
　　針對(duì)現(xiàn)有孔電磁強(qiáng)化方案在工程上難以實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題，本文提出了一種基于雙級(jí)線圈徑向驅(qū)動(dòng)的全新的孔電磁強(qiáng)化方法，該方法通過(guò)改變電磁力的作用區(qū)域和方向，使其在工程上易于實(shí)現(xiàn)。具體而言，該方法利用在時(shí)空上有機(jī)配合的雙級(jí)線圈聯(lián)合放電在孔件上產(chǎn)生徑向強(qiáng)脈沖電磁力，該力徑向驅(qū)動(dòng)孔件使其孔邊區(qū)域發(fā)生塑性變形，進(jìn)而在孔邊形成殘余壓應(yīng)力層，從而達(dá)到提高孔件疲勞壽命的目的。
　　首先，本文詳細(xì)論述了基于雙級(jí)線圈徑向驅(qū)動(dòng)的孔電磁強(qiáng)化方法的基

3、本原理和實(shí)現(xiàn)方案，并探討了孔電磁強(qiáng)化系統(tǒng)在空間和時(shí)間兩個(gè)方面的優(yōu)化問(wèn)題，給出了孔電磁強(qiáng)化系統(tǒng)中線圈形狀、匝數(shù)以及電源參數(shù)的優(yōu)化方法。在此基礎(chǔ)之上，搭建了一套雙電源雙線圈的孔電磁強(qiáng)化原型系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有線圈壽命長(zhǎng)強(qiáng)度高、內(nèi)外線圈放電解耦控制、電源及時(shí)序觸發(fā)系統(tǒng)安全可靠和延時(shí)分散性小的優(yōu)點(diǎn)。
　　其次，在現(xiàn)有冷擠壓強(qiáng)化理論模型的基礎(chǔ)之上，本文建立了基于平面應(yīng)力假設(shè)的孔電磁強(qiáng)化的理論模型，該模型能夠考慮孔件上任意分布的徑向電磁力對(duì)殘余應(yīng)

4、力的影響。同時(shí)還建立了孔電磁強(qiáng)化的二維和三維有限元模型，該模型能夠考慮孔電磁強(qiáng)化這一涉及電磁場(chǎng)、結(jié)構(gòu)場(chǎng)、溫度場(chǎng)和電路等多場(chǎng)路緊密耦合的暫態(tài)復(fù)雜過(guò)程。還研究了通過(guò)電磁場(chǎng)和結(jié)構(gòu)場(chǎng)耦合單向化、忽略溫度的影響以及暫態(tài)過(guò)程靜態(tài)化等三個(gè)方面來(lái)簡(jiǎn)化有限元模型的可能性，研究表明簡(jiǎn)化后的模型計(jì)算速度大幅提升，計(jì)算時(shí)間銳減。利用有限元模型，詳細(xì)分析了放電參數(shù)、電磁力分布、孔件形狀位置、以及材料的機(jī)械和電磁性能等對(duì)孔件上殘余應(yīng)力的影響。
　　此外，從疲

5、勞壽命、斷口形貌、裂紋、金相以及顯微硬度等方面，詳細(xì)研究了電磁強(qiáng)化對(duì)孔件疲勞性能的影響。同時(shí)還研究了重復(fù)強(qiáng)化、疲勞后再?gòu)?qiáng)化以及先強(qiáng)化后開(kāi)孔等三種工藝工序?qū)准趬勖鼜?qiáng)化效果的影響。
　　最后，進(jìn)行了薄板孔、微小孔和異型孔等特殊孔件的電磁強(qiáng)化研究。
　　理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果均表明，基于雙級(jí)線圈徑向驅(qū)動(dòng)的孔電磁強(qiáng)化方法具有疲勞壽命增益大、殘余應(yīng)力均勻性好、孔壁表面無(wú)損傷、對(duì)孔型和孔徑尺寸不敏感的優(yōu)點(diǎn)，其特別適合于薄板孔、微小孔、異型