BT20钛合金薄壁筒形件热胀形过程数值模拟及工艺优化

论文摘要

真空热胀形是一项创新的加工方法，它是利用工件与模具之间线膨胀系数的差异，根据材料高温软化和应力松弛原理，通过模具的热膨胀力成形的。真空热胀形过程中工件塑性变形是发生在低应力状态下的弹塑性变形，并且塑性变形量与保温时间和加热温度直接相关的。由于真空热胀形过程的复杂性，传统的真空热胀形工艺参数的选取、模具尺寸设计等主要基于实验和经验，由工程技术人员采用类比经验设计，通过大量实验、反复试错得出，它具有周期长、工艺优化性差等缺点。随着计算机信息技术及数值计算方法的发展，有限元模拟技术为真空热胀形过程的研究提供有力的工具。模拟能够给出真空热胀形过程中各种场量信息，为合理确定真空热胀形工艺参数和保证工件产品质量提供科学依据。本文以BT20钛合金为研究对象，通过应力松弛实验，对应力松弛行为进行研究，构建应力松弛方程，通过应力松弛方程编写蠕变子程序；建立钛合金筒形件真空热胀形的热力耦合模型，带入蠕变子程序，利用大型非线性有限元软件MSC.Marc对钛合金真空热胀形过程进行模拟研究，对温度场、变形场和应力场进行分析；利用BP神经网络进行了工艺优化，探索了确定钛合金筒形件真空热胀形工艺参数的科学方法，为实际生产提供理论指导。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 钛合金的概况
• 1.2.1 钛合金板材成形特点
• 1.2.2 钛合金的应用
• 1.3 真空热胀形技术
• 1.3.1 真空热胀形原理
• 1.3.2 热成形研究现状
• 1.4 本文的选题意义和主要工作内容
• 1.4.1 选题意义
• 1.4.2 本文的主要研究内容
• 第二章 真空热胀形有限元数值模拟基本理论
• 2.1 有限元基本理论
• 2.1.1 有限元法基本思想
• 2.1.2 有限元法求解步骤
• 2.2 传热学基本理论
• 2.2.1 传热方式
• 2.2.2 传热学的有限元分析
• 2.3 弹塑性力学
• 2.3.1 材料的弹塑性性质
• 2.3.2 热弹塑性力学基本理论
• 2.3.3 热弹塑性力学的有限元分析
• 2.4 蠕变、应力松弛原理
• 2.4.1 蠕变原理
• 2.4.2 应力松弛原理
• 2.5 人工神经网络原理
• 2.5.1 人工神经网络的发展
• 2.5.2 人工神经网络的特点和研究内容
• 2.5.3 人工神经网络的应用
• 第三章 BT20 钛合金应力松弛行为研究
• 3.1 实验材料及方法
• 3.2 实验结果及分析
• 3.2.1 应力松弛行为
• 3.2.2 应力松弛曲线数据拟合
• 3.2.3 应力松弛中应变速率与应力的关系
• 3.2.4 初应力对应力松弛的影响
• 3.3 本章小结
• 第四章 BT20 钛合金薄壁筒形件真空热胀形数值模拟
• 4.1 真空热处理技术
• 4.2 有限元模型的建立
• 4.3 模拟结果与分析
• 4.3.1 温度场分析
• 4.3.2 变形场的分析
• 4.3.3 应力场分析
• 4.3.4 实验验证
• 4.4 正交试验分析工艺参数对胀形量的影响
• 4.4.1 试验指标、因子和水平的确定
• 4.4.2 正交表的选择及试验方案的确定
• 4.4.3 试验结果及工艺参数对胀形量的影响分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 基于神经网络的工艺参数优化及胀形量预测
• 5.1 BP 神经网络的基本原理
• 5.1.1 网络结构与数学描述
• 5.1.2 BP 网络的学习算法
• 5.1.3 BP 学习算法的不足及改进
• 5.2 神经网络模型的建立
• 5.2.1 网络输入输出参数的确定
• 5.2.2 隐层神经元的确定
• 5.2.3 学习算法实现
• 5.2.4 胀形量预测系统的建立
• 5.3 人工神经网络模型的检验
• 5.3.1 模型训练输出与学习样本的对比
• 5.3.2 泛化能力的验证
• 5.4 热胀形过程胀形量的预测
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢