铝合金薄壁件铣削变形仿真及疲劳寿命预测

摘要

铝合金是广泛应用于航空航天、交通运输等多种行业的重要材料,其中7075高强铝合金更是制造大飞机、军用飞机大型结构件必不可少的原材料。然而,7075高强铝合金在铣削加工过程中的变形问题一直是困扰我国航空航天高性能零件制造的难题之一。为探寻7075铝合金在铣削加工中的变形机理,优化铣削加工参数,最终达到制定合理的加工工艺,减小加工变形的目的,本文做了以下工作:
　　 1.使用有限元软件MARC建立了7075铝合金薄壁件铣削加工模型,并设计了相应的加工变形测量实验。通过仿真结果与实验结果的对比,证明该有限元模型具有较好的精度;
　　 2.使用该模型初步研究了铝合金薄壁件在铣削加工过程中的变形过程。针对多种影响铝合金薄壁件加工变形的因素进行了有限元分析,包括初始残余应力场、铣削路径、铣削力、夹具以及夹具不同释放顺序。仿真结果对生产中制定合理的铣削加工工艺以减小加工变形具有一定的参考意义;
　　 3.对带初始裂纹的铝合金薄壁件的寿命预测问题进行了初步探讨。在有限元软件MARC中建立了二维铝合金裂纹扩展模型,并得到了二维裂纹前端Ⅰ型应力强度因子随裂纹长度的变化关系;
　　 4.在FRANC3D中建立了典型铝合金构件三维裂纹扩展模型,并得到了三维裂纹前端Ⅰ型应力强度因子随裂纹长度的变化关系。使用FRANC3D计算了该铝合金构件在循环载荷下的疲劳寿命。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 论文研究的主要内容

1.3.1 课题来源

1.3.2 研究意义

1.3.3 研究内容

第二章 铝合金薄壁件铣削加工变形仿真与实验

2.1 金属切削加工理论

2.1.1 正交切削过程概述

2.1.2 铣削力模型

2.1.3 铣削热

2.2 航空铝合金薄壁件铣削加工的有限元建模、仿真与实验验证

2.2.1 有限元模型的网格划分

2.2.2 材料模型

2.2.3 初始残余应力的施加

2.2.4 铣削力的施加

2.2.5 材料去除和自适应网格细化方法

2.2.6 铣削仿真与实验

2.3 加工路径对铣削加工变形影响的仿真

2.4 初始残余应力场对铣削加工变形影响的仿真

2.5 铣削力对加工变形影响的仿真

2.6 不同夹具及夹具释放顺序对加工变形影响的仿真

2.7 本章小结

第三章 铝合金裂纹的产生、扩展和疲劳寿命预测

3.1 铝合金的疲劳损伤及裂纹的产生和扩展

3.2 裂纹扩展的能量率G和应力强度因子K的关系

3.3 裂纹断裂判断依据

3.3.1 最大周向正应力理论

3.3.2 能量释放率理论

3.4 带初始裂纹的铝合金构件的损伤容限和疲劳寿命

3.4.1 应力强度因子的概念及计算

3.4.2 铝合金材料疲劳寿命的计算

3.5 铝合金薄壁构件疲劳寿命预测

3.5.1 铝合金件二维裂纹扩展模型

3.5.2 铝合金件三维裂纹扩展模型及疲劳寿命预测

3.6 本章小结

第四章 结论与展望

4.1 结论

4.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间主要的研究成果