鋁合金厚板內(nèi)應(yīng)力演變規(guī)律及殘余應(yīng)力場評估模型研究.pdf

1、高強(qiáng)、高韌、耐腐蝕且低殘余應(yīng)力水平的高性能鋁合金厚板，是現(xiàn)代航空航天領(lǐng)域不可或缺的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)材料。然而，為了獲得良好的綜合性能，鋁合金厚板必須進(jìn)行固溶和淬火、時(shí)效處理，然而淬火處理不可避免地在厚板內(nèi)部引入了很大的殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)力的存在，直接對厚板的后續(xù)機(jī)械加工造成影響，引起加工零件的變形，造成極大的危害。因此，開展高強(qiáng)鋁合金厚板殘余應(yīng)力及其評估、預(yù)測方法的研究具有十分重要的意義。
　　 本文的研究工作得到了國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)

2、劃項(xiàng)目“高性能鋁材與鋁資源高效利用的基礎(chǔ)研究”之第八子課題“大規(guī)格鋁材非均勻多相組織和內(nèi)應(yīng)力場的產(chǎn)生與演變”(編號(hào):2005CB623708)，國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目“航空航天用高性能輕合金大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)件制造的基礎(chǔ)研究”之第三子課題“大型薄壁構(gòu)件塑變與去除成形及其內(nèi)應(yīng)力與表面完整性主動(dòng)控制”(編號(hào):2010CB731703)，湖南省研究生科研創(chuàng)新項(xiàng)目的資助。
　　 本文以7075鋁合金軋制厚板為研究對象，采用數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)

3、研究的方法，圍繞鋁合金厚板加工制備的幾個(gè)重要環(huán)節(jié)開展厚板殘余應(yīng)力的相關(guān)基礎(chǔ)研究，從而為大規(guī)格高強(qiáng)鋁合金厚板制備的工藝參數(shù)優(yōu)化、殘余應(yīng)力調(diào)控提供理論支持。本論文的研究工作，主要包括以下幾個(gè)方面:
　　 1.建立了參數(shù)化的厚板殘余應(yīng)力預(yù)測模型。推導(dǎo)了厚板淬火過程的瞬態(tài)溫度場與瞬態(tài)應(yīng)力場、預(yù)拉伸過程應(yīng)力場的計(jì)算公式，根據(jù)厚板制備過程的三大非線性因素:材料物熱參數(shù)的非線性、厚板淬火表面換熱邊界條件的非線性和本構(gòu)非線性，建立了厚板內(nèi)應(yīng)力分

4、析非線性模型，在此基礎(chǔ)上建立了厚板內(nèi)應(yīng)力分析的MSC.Patran/Marc參數(shù)化模型。運(yùn)用建立的計(jì)算模型，分析了厚板內(nèi)應(yīng)力的演變規(guī)律，總結(jié)了厚板殘余應(yīng)力場的分布規(guī)律和預(yù)拉伸對厚板殘余應(yīng)力的影響規(guī)律，研究了拉伸率對厚板應(yīng)力消減的定量關(guān)系;分析了非均勻淬火引起的板形翹曲，并研究了拉伸矯直對板型的改善作用。為后續(xù)的厚板殘余應(yīng)力評估模型研究奠定了理論基礎(chǔ)，為厚板制備工藝的規(guī)劃提供了應(yīng)力預(yù)測方法。
　　 2.研究了裂紋柔度法在鋁合金厚板

5、深層殘余應(yīng)力測試中的應(yīng)用。對裂紋柔度法計(jì)算的不確定度進(jìn)行了評定;研究了取樣后試件內(nèi)部殘余應(yīng)力的釋放規(guī)律，分析了試樣尺寸對計(jì)算結(jié)果的影響，并總結(jié)了合理的試件尺寸;分析了裂紋柔度法算法中的實(shí)驗(yàn)誤差，并對實(shí)驗(yàn)誤差進(jìn)行了修正;運(yùn)用有限元方法，對裂紋柔度法和層削法用于深層殘余應(yīng)力測試時(shí)的計(jì)算能力進(jìn)行了驗(yàn)證;結(jié)合有限元分析與實(shí)驗(yàn)研究，對裂紋柔度法和層削法計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對比分析，確定了深層殘余應(yīng)力測試的有效性。
　　 3.建立了厚板殘余應(yīng)力場