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

1、高強、高韌、耐腐蝕且低殘余應力水平的高性能鋁合金厚板，是現(xiàn)代航空航天領域不可或缺的關鍵結構材料。然而，為了獲得良好的綜合性能，鋁合金厚板必須進行固溶和淬火、時效處理，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力。殘余應力的存在，直接對厚板的后續(xù)機械加工造成影響，引起加工零件的變形，造成極大的危害。因此，開展高強鋁合金厚板殘余應力及其評估、預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基礎研究發(fā)展計

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

3、研究的方法，圍繞鋁合金厚板加工制備的幾個重要環(huán)節(jié)開展厚板殘余應力的相關基礎研究，從而為大規(guī)格高強鋁合金厚板制備的工藝參數(shù)優(yōu)化、殘余應力調(diào)控提供理論支持。本論文的研究工作，主要包括以下幾個方面:
　　 1.建立了參數(shù)化的厚板殘余應力預測模型。推導了厚板淬火過程的瞬態(tài)溫度場與瞬態(tài)應力場、預拉伸過程應力場的計算公式，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非線性，建立了厚板內(nèi)應力分

4、析非線性模型，在此基礎上建立了厚板內(nèi)應力分析的MSC.Patran/Marc參數(shù)化模型。運用建立的計算模型，分析了厚板內(nèi)應力的演變規(guī)律，總結了厚板殘余應力場的分布規(guī)律和預拉伸對厚板殘余應力的影響規(guī)律，研究了拉伸率對厚板應力消減的定量關系;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)的厚板殘余應力評估模型研究奠定了理論基礎，為厚板制備工藝的規(guī)劃提供了應力預測方法。
　　 2.研究了裂紋柔度法在鋁合金厚板

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