BT20鈦合金筒體三旋輪非對(duì)稱熱旋有限元模擬及試驗(yàn)研究.pdf

1、筒形件強(qiáng)力旋壓是公認(rèn)的制造大型薄壁筒形件的首選工藝，廣泛應(yīng)用于航空航天和兵器等許多工業(yè)部門(mén)。盡管目前對(duì)三旋輪對(duì)稱分布的筒形件強(qiáng)旋已進(jìn)行了較多的理論與工藝研究，但對(duì)三旋輪非對(duì)稱分布的筒形件強(qiáng)旋研究很少，而且熱旋研究得更少。BT20鈦合金作為一種近α型的通用結(jié)構(gòu)材料，具有較高的比強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性和良好的焊接性能，在航空航天中有著廣闊的應(yīng)用前景，但其塑性較低，筒形件旋壓必須采用熱旋成形。開(kāi)展 BT20鈦合金大型薄壁筒形件的熱旋成形研究，對(duì)于提高

2、我國(guó)武器裝備的性能、加速國(guó)防現(xiàn)代化具有重要意義。
　　為了研究 BT20鈦合金的材料特性并確定其合理的熱變形參數(shù)，本文在Gleeble-1500熱模擬試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行恒應(yīng)變速率壓縮試驗(yàn)，研究了 BT20鈦合金的熱變形行為和熱變形參數(shù)對(duì)變形組織的影響規(guī)律，揭示了其動(dòng)態(tài)變形機(jī)制。在熱模試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，首次確定了 BT20鈦合金旋壓的最佳溫度范圍。熱旋試驗(yàn)結(jié)果表明本文所確定的最佳溫度范圍是合理的?；跓崮M試驗(yàn)所獲得 BT20鈦合金的流動(dòng)應(yīng)力

3、曲線，通過(guò)對(duì) BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的算法進(jìn)行改進(jìn)，建立了含兩個(gè)隱層的BT20鈦合金高溫本構(gòu)關(guān)系的BP網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型，預(yù)測(cè)值與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好，表明 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠很好的預(yù)測(cè) BT20鈦合金在不同變形條件下的高溫流動(dòng)應(yīng)力，為 BT20鈦合金熱變形的有限元模擬提供了精確的材料本構(gòu)模型。
　　基于Markov變分原理和傳熱平衡微分方程，建立了金屬熱變形過(guò)程的熱力耦合三維剛粘塑性有限元計(jì)算模型，對(duì)筒形件非對(duì)稱熱旋有限元模擬中的一些關(guān)鍵問(wèn)題，如考慮

4、接觸區(qū)輪廓的有限元網(wǎng)格自動(dòng)離散、空間斜約束的處理、動(dòng)態(tài)邊界條件和傳熱邊界條件的處理以及后處理技術(shù)等進(jìn)行了研究，在此基礎(chǔ)上首次自主開(kāi)發(fā)了一套筒形件熱旋成形的三維剛粘塑性熱力耦合有限元模擬系統(tǒng)，該系統(tǒng)有完善的前處理和后處理功能，具有較高的自動(dòng)化程度和通用性。采用該模擬系統(tǒng)成功的進(jìn)行了筒形件熱旋過(guò)程變形場(chǎng)的有限元模擬，模擬結(jié)果與葉山益次郎的試驗(yàn)結(jié)果較為吻合，說(shuō)明本文針對(duì)筒形件旋壓有限元模擬關(guān)鍵技術(shù)的處理是正確的，所開(kāi)發(fā)的三維有限元模擬系統(tǒng)是可

5、靠的，具有較高的實(shí)用價(jià)值。應(yīng)用該軟件進(jìn)行熱力耦合計(jì)算，首次揭示了非對(duì)稱熱旋的變形特點(diǎn)和溫度變化規(guī)律，合理的分析了非對(duì)稱熱旋中可能出現(xiàn)的各種成形質(zhì)量問(wèn)題，為筒形件非對(duì)稱熱旋試驗(yàn)研究奠定了理論基礎(chǔ)。
　　為了成形高質(zhì)量的BT20鈦合金薄壁筒形件，結(jié)合有限元模擬結(jié)果研究了 BT20鈦合金筒形件熱旋過(guò)程中出現(xiàn)裂紋、隆起、鼓包等各種質(zhì)量缺陷的原因，并提出了相應(yīng)的控制措施。同時(shí)，研究了旋壓工藝參數(shù)對(duì)于脹徑量的影響規(guī)律，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行了 BT2

6、0鈦合金筒形件非對(duì)稱熱旋試驗(yàn)研究，獲得了筒形件熱旋的合理工藝方案，成功的旋制出了質(zhì)量較高 BT20鈦合金小型筒形件。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)工件情況經(jīng)過(guò)合理調(diào)整，獲得了鈦合金大口徑筒形件的熱旋成形方案，旋制出了成形質(zhì)量良好的BT20鈦合金大口徑薄壁筒形件。該項(xiàng)研究為我國(guó)今后成形鈦合金等難變形材料高質(zhì)量的大口徑薄壁筒形件提供了有力的技術(shù)支撐。
　　為了獲得組織性能良好的鈦合金筒形件，本文還研究了 BT20鈦合金熱旋及旋后熱整形時(shí)的組織性能變