航空梁類鋁合金結(jié)構(gòu)件滾壓變形校正理論及方法研究.pdf

1、現(xiàn)代飛機(jī)廣泛采用的鋁合金結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)件尺寸精度、實(shí)現(xiàn)低/無應(yīng)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(yīng)力給工件疲勞壽命等性能指標(biāo)帶來不利影響，可以在工件淺表層引入壓應(yīng)力的滾壓變形校正在航空工業(yè)得到重視并獲得應(yīng)用，是實(shí)現(xiàn)大長寬比薄壁結(jié)構(gòu)件變形校正的有效手段，引入的表面壓應(yīng)力在獲得工件尺寸精度的同時(shí)，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(yàn)和試錯(cuò)法，缺乏有效的校正理論、操作規(guī)程及工藝體系指導(dǎo)，質(zhì)量穩(wěn)定性差，嚴(yán)重制約了航空結(jié)構(gòu)件制造質(zhì)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(diào)實(shí)現(xiàn)航空結(jié)構(gòu)件變形校正所涉及的科學(xué)問題，進(jìn)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(duì)象，開展?jié)L壓過程中材料基礎(chǔ)物理力學(xué)行為研究。首先開展薄壁結(jié)構(gòu)雙側(cè)滾壓試驗(yàn)研究，揭示微觀組織結(jié)構(gòu)演變規(guī)律，闡明滾壓殘余應(yīng)力場(chǎng)形成機(jī)理。進(jìn)而通過材料

3、流變行為分析表面形貌、硬度變化特點(diǎn)，揭示滾壓對(duì)材料表面質(zhì)量完整性影響規(guī)律。借助ABAQUS軟件建立雙側(cè)滾壓有限元分析模型，并從應(yīng)變和應(yīng)力角度對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證，進(jìn)而對(duì)滾壓、裝夾釋放過程中的應(yīng)變-應(yīng)力-變形演變規(guī)律進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)滾壓導(dǎo)致的微塑性變形是結(jié)構(gòu)件產(chǎn)生形狀改變從而達(dá)到校正效果的內(nèi)在因素。
　　從簡單結(jié)構(gòu)滾壓變形規(guī)律研究入手，逐步向復(fù)雜結(jié)構(gòu)件滾壓變形校正推進(jìn)。首先對(duì)長梁結(jié)構(gòu)件截面特征進(jìn)行分析，從滾壓變形校正角度對(duì)T型、U型截面進(jìn)行

4、表征。然后利用有限元手段，在獲得滾壓參數(shù)對(duì)典型T型結(jié)構(gòu)滾壓變形影響規(guī)律的基礎(chǔ)上，利用等效彎矩法分析滾壓對(duì)結(jié)構(gòu)件彎曲變形的影響，建立等效彎矩與滾壓參數(shù)和工件結(jié)構(gòu)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(yù)測(cè)，開展T型結(jié)構(gòu)滾壓校正試驗(yàn)，變形量平均降低73.6％，驗(yàn)證了利用等效彎矩法預(yù)測(cè)簡單截面工件滾壓校正載荷的可行性和有效性。
　　為實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)件滾壓變形校正載荷的預(yù)測(cè)，從能量平衡角度出發(fā)，通過建立彎曲變形工件所蘊(yùn)含的應(yīng)變能與滾

5、壓過程中外力做功的關(guān)系模型，獲得校正工件所需的外部能量輸入，進(jìn)而獲得校正變形結(jié)構(gòu)件所需的校正力矩，實(shí)現(xiàn)滾壓校正載荷的預(yù)測(cè)。針對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)件滾壓變形校正仿真方法，采用直接應(yīng)力法建立加工變形-滾壓校正協(xié)同仿真環(huán)境，實(shí)現(xiàn)滾壓校正載荷準(zhǔn)確性的快速評(píng)價(jià)。最后采用三隔框結(jié)構(gòu)件對(duì)載荷預(yù)測(cè)理論進(jìn)行驗(yàn)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(yàn)變形量由0.333mm降低到0.060mm，變形消除率為82.0％。