7085鋁合金整體結(jié)構(gòu)件淬火殘余應(yīng)力分析及其消減工藝研究.pdf

1、現(xiàn)代航空業(yè)對(duì)飛機(jī)性能的要求越來(lái)越高,許多主承力構(gòu)件如飛機(jī)的接頭、大梁、隔板、翼框等廣泛采用整體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。鋁合金材料具有密度小、強(qiáng)度高、塑性好、耐腐蝕、易成形及表面易處理等諸多特點(diǎn),長(zhǎng)期以來(lái)是航空航天工業(yè)中的重要結(jié)構(gòu)材料。航空鋁合金整體結(jié)構(gòu)件需要經(jīng)過(guò)固溶淬火處理來(lái)提高力學(xué)性能,但會(huì)引起構(gòu)件內(nèi)部產(chǎn)生較大的淬火殘余應(yīng)力,導(dǎo)致后續(xù)機(jī)加工變形,同時(shí)殘余應(yīng)力的存在引起構(gòu)件使用性能下降,極易發(fā)生安全事故。因此,淬火殘余應(yīng)力分析及其消減技術(shù)的研究成為

2、航空鋁合金整體結(jié)構(gòu)件制造的一個(gè)重要課題。
　　 本文針對(duì)7085鋁合金航空整體結(jié)構(gòu)件的制造需求,通過(guò)材料試驗(yàn)、理論建模、有限元分析等手段,對(duì)構(gòu)件淬火殘余應(yīng)力分布規(guī)律及模壓法消減淬火殘余應(yīng)力的工藝進(jìn)行了研究,開展的具體工作如下:
　　 (1)在CSS電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)與RWS50高溫蠕變機(jī)上開展了7085鋁合金常溫與高溫條件下力學(xué)性能試驗(yàn)研究,獲得了溫度范圍為20℃～400℃的7085鋁合金的彈性模量、屈服強(qiáng)度等力學(xué)參數(shù),為殘

3、余應(yīng)力分析提供了重要依據(jù)。
　　 (2)依據(jù)傳熱學(xué)與彈塑性學(xué)理論,建立了7085鋁合金框梁結(jié)構(gòu)件淬火、固溶、轉(zhuǎn)移及其模壓冷變形等多個(gè)物理過(guò)程的有限元模型與邊界條件。
　　 (3)利用ABAQUS有限元軟件分析了淬火過(guò)程中構(gòu)件溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)的分布與變化規(guī)律及不同淬火工藝對(duì)淬火殘余應(yīng)力的影響。研究表明:淬火結(jié)束后構(gòu)件表面主要分布?xì)堄鄩簯?yīng)力,芯部主要分布?xì)堄嗬瓚?yīng)力,且芯部殘余拉應(yīng)力集中于筋板與腹板交匯處;提高淬火溫度與降低固溶

4、溫度可降低淬火殘余應(yīng)力,當(dāng)淬火溫度由20℃升高至60℃時(shí),最大殘余應(yīng)力約降低了50％,固溶溫度由480℃降低至450℃時(shí),最大殘余應(yīng)力約降低了13％。
　　 (4)針對(duì)淬火殘余應(yīng)力的分布特點(diǎn),提出了采用模具對(duì)構(gòu)件筋板進(jìn)行冷壓縮變形的模壓方案,研究了不同壓縮量對(duì)淬火殘余應(yīng)力消減效果的影響。研究表明:壓縮量由l％增加到2％時(shí),殘余應(yīng)力消減效果得到較大幅度的提升,同時(shí)在構(gòu)件芯部引入了少量壓應(yīng)力;壓縮量增加到3％時(shí),殘余應(yīng)力消減效果提升