钛合金板压窝成形中的形状畸变现象研究

论文摘要

钛及钛合金由于具有优越的比强度、地球丰度以及较好的物理化学性能,而广泛的应用在航空工业。对钛合金板进行压窝成形性能研究时发现,成形卸载后的制件伴随有明显的形状翘曲与畸变现象,这种畸变严重地影响和制约了制件成形的几何精度,对飞机部件的装配工艺产生严重的负面影响。本文对名义厚度分别为0.8mm、1.5mm和2.5mm的TC1M、TC2M钛合金板料的基本力学性能和成形性能进行了详细的试验研究。并在此基础上首次采用有限元数值模拟和成形工艺试验相结合的研究方法,揭示出TC1M、TC2M钛合金板材压窝成形卸载回弹后形状畸变的各类现象。研究中发现,随着板料压窝高度的变化,出现三高三低和两高两低两种凸缘底面翘曲畸变现象:两高两低的试件畸变规律为,在凸缘外沿与板料的轧制方向成90°和270°方向上的两点为翘曲最高点,在0°和180°方向上的两点为翘曲最低点;三高三低的试件畸变规律为,在凸缘外沿与板料的轧制方向成60°、180°和300°方向上的三点为翘曲最高点,在0°、120°和240°方向上的三点为翘曲最低点。文中对两种形状畸变现象进行定量描述的同时,分析产生形状畸变的主要原因是钛板轧制过程产生的板织构特性,各向异性所引起的变形差异以及应力场、应变场分布的不均匀。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 钛及钛合金的主要性能与分类
• 1.2.1 钛及钛合金的主要性能
• 1.2.2 钛合金的分类
• 1.3 钛合金板料成形工艺
• 1.3.1 典型成形工艺
• 1.3.2 冷成形工艺及其研究意义
• 1.4 压窝成形原理和成形过程分析
• 1.5 板料成形有限元数值模拟研究概况
• 1.6 课题研究目的及内容
• 第2章 钛板基本性能参数的测定
• 2.1 拟测定的性能参数和依照标准
• 2.2 单向拉伸试验
• 2.2.1 单向拉伸试件的制备
• 2.2.2 试验设备与测试系统
• 2.3 试验测定及数据处理
• 2.3.1 板料杨氏模量的测定
• 2.3.2 板料泊松比的测定
• 2.3.3 板料下屈服强度的测定
• 2.3.4 板料抗拉强度的测定
• 2.3.5 板料最大力非比例伸长率的测定
• 2.3.6 板料塑性应变比的测定
• 2.3.7 板料应变硬化指数的测定
• 2.4 本章小结
• 第3章 压窝成形数值模拟
• 3.1 数值模拟力学模型分析
• 3.2 数值模拟算法的选用
• 3.3 单元类型的选用
• 3.4 本构关系及屈服准则的使用
• 3.5 接触与摩擦问题的处理
• 3.6 有限元模型的建立
• 3.7 本章小结
• 第4章 压窝成形工艺试验
• 4.1 压窝试验设备与试验方案
• 4.2 压窝试验试件的制备
• 4.2.1 线切割加工
• 4.2.2 试件的坐标网格印制
• 4.3 测量仪器设备
• 4.4 压窝成形工艺试验结果
• 4.5 本章小结
• 第5章 钛板压窝成形中形状畸变现象分析
• 5.1 数值模拟与成形工艺试验对比
• 5.2 压窝高度对畸变的影响分析
• 5.2.1 TC1Mδ0.8钛合金板畸变现象分析
• 5.2.2 TC1Mδ1.5钛合金板畸变现象分析
• 5.2.3 TC1Mδ2.5钛合金板畸变现象分析
• 5.2.4 TC2Mδ0.8钛合金板畸变现象分析
• 5.2.5 TC2Mδ1.5钛合金板畸变现象分析
• 5.2.6 TC2Mδ2.5钛合金板畸变现象分析
• 5.3 材料厚度对畸变的影响分析
• 5.4 材料性能对畸变的影响分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 附录Ⅰ 压窝成形数值模拟与工艺试验凸缘边沿翘曲高度对比表
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表（含录用）的学术论文