基于改进偏差调节法的蠕变时效成形回弹补偿研究

摘要

航空航天事业的发展对大型整体壁板的成形技术提出了越来越高的要求。蠕变时效成形因其适用于成形大型结构件，且成形精度高、成形后材料性能好等特点而备受关注，并且得到大力发展和应用。但是由该方法成形得到的零件仍会出现较大的回弹，而利用传统的试错法对模具型面进行调整需要耗费大量的人力、物力，不符合经济、可持续发展的原则。近年来，运用有限元技术对金属结构件的蠕变时效成形进行模拟和优化，进而指导实际生产成为研究热点方向。
　　为了实现蠕变成形过程的计算机模拟，在有限元软件中建立了2324铝合金材料蠕变时效成形的有限元仿真模型。分析并编写了该材料本构方程的Fortran程序，通过有限元软件的子程序接口在有限元模型中调用该程序，实现了该材料的蠕变时效成形的有限元模拟分析。
　　为解决蠕变时效成形后板料回弹较大的问题，使用偏差调节法(DisplacementAdjustment，DA)开展对成形零件的回弹补偿。在传统偏差调节法中一般将零件不同位置节点的补偿量均施加到统一的方向，而实际中不同位置节点回弹发生的方向并不完全相同。本文基于传统偏差调节法，分析了不同补偿方向对补偿效果的影响，选择三个典型补偿方向对零件进行补偿。对比经过三个不同补偿方向得到的成形零件形状得出:与统一方向补偿获得的零件相比，在节点连线方向和法线方向补偿得到的零件的回弹量更小，其外形更贴近理想形状，同时，补偿效率也更高。
　　为进一步提高补偿效率和补偿后零件的成形精度，研究了补偿过程中零件不同位置的补偿施加量对回弹大小的影响。以一步法回弹补偿为基础，对补偿量和偏差量之间的补偿因子进行研究。以马鞍面零件为研究对象，利用拉格朗日插值法确定构件不同部位的变补偿因子，并在马鞍面零件的回弹补偿中进行了应用。结果表明:相较于整体补偿因子法，针对马鞍面零件不同位置节点采用不同补偿因子进行补偿能更好地提高零件的成形精度。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 蠕变时效成形技术的研究现状

1．2．1 蠕变时效成形工装的研究现状

1．2．2 蠕变时效成形工艺参数优化的研究现状

1．2．3 铝合金材料蠕变时效本构模型的研究现状

1．2．4 蠕变时效成形技术的工程应用现状

1．3 蠕变时效成形中的回弹现象

1．3．1 回弹产生的原因

1．3．2 蠕变时效成形板料回弹控制的研究现状

1．4 本文研究的主要内容

第2章 金属蠕变时效机理及本构模型

2．1 金属材料的蠕变现象

2．1．1 金属蠕变的一般规律

2．1．2 金属材料的蠕变变形及断裂机理

2．2 铝合金的时效强化机制

2．3 常用的几种金属蠕变时效本构模型

2．4 2324铝合金的统一本构模型

2．4．1 简化的统一蠕变本构模型

2．4．2 2324铝合金统一本构模型参数

2．5 本章小结

第3章 金属板料蠕变时效成形有限元仿真模型

3．1 蠕变时效本构模型子程序的编写

3．2 蠕变时效成形过程的有限元仿真模型

3．2．1 蠕变时效成形工艺过程

3．2．2 2324铝合金的单曲率弯曲蠕变时效成形有限元模型

3．2．3 有限元仿真结果

3．3 本章小结

第4章 考虑回弹补偿方向的回弹补偿方法研究

4．1 偏差调节法原理

4．2 补偿方向对补偿效果的影响

4．3 不同补偿方向对补偿效果的影响

4．3．1 统一补偿方向的偏差调节法补偿

4．3．2 考虑不同补偿方向影响的偏差调节法补偿

4．4 本章小结

第5章 补偿因子对回弹补偿效果影响的研究

5．1 一步法回弹补偿

5．1．1 补偿因子对回弹补偿的影响

5．1．2 基于一步法的变补偿因子补偿法

5．2 变补偿因子补偿在马鞍面零件成形中的应用

5．2．1 典型马鞍面零件有限元仿真模型

5．2．2 变补偿因子及整体补偿因子方法补偿效果对比

5．3 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文