航空毛坯件残余应力场预测

论文摘要

航空毛坯件在切削过程中,其内部残余应力的释放往往导致零件变形超差,因此研究航空毛坯件内残余应力场的分布对控制零件加工变形具有重要意义。本文在钻孔法测量残余应力技术的基础上,借鉴前人在反演方面的成果,通过建立具有典型特征的残余应力场模型,研究了基于插值算法的反演残余应力场方法。本文的具体研究内容如下:1.利用有限元法模拟钻孔法测量残余应力的过程。建立了合理的有限元模型,验证了残余应力释放与钻孔深度的变化关系,有限元仿真结果与应力应变手册中给出的结果一致;2.建立有限元模型,模拟出一块具有典型残余应力场的毛坯件;根据残余应力场分析的初始准则,假设需加工的零件具有不同形状,据此排布残余应力测量点,在该毛坯件上规则排列残余应力测量点,利用线性、立方、样条、最近临域四种插值方法,反演得到毛坯件应力场的分布;在毛坯件上不规则排列残余应力测量点,利用与距离成反比加权法和径向基函数法反演得到毛坯件残余应力场分布;3.提出了以应力梯度为判断标准的测量点细化准则。依据测量点细化准则,利用上述几种方法反演得到毛坯件内残余应力场分布,反演结果与验证点处的测量结果对比,验证了几种反演方法的精度;4.用钻孔法测量铝合金轧制板内残余应力,利用上述几种方法反演得到毛坯件内残余应力场分布,反演结果与验证点处的测量结果对比,验证了几种反演方法的精度,与有限元分析的结果吻合;有限元模拟机械加工过程,产生的变形与实际加工变形比较,两者吻合。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 航空结构件加工变形的研究概况
• 1.3 残余应力研究的发展概况
• 1.3.1 残余应力的定义与分类
• 1.3.2 残余应力产生的原因
• 1.3.3 残余应力的测量
• 1.4 反演方法简介
• 1.4.1 反演概述
• 1.4.2 反演的特点
• 1.5 本文的研究目标、内容与方法
• 1.5.1 主要内容
• 1.5.2 技术路线
• 第二章 反演法分析残余应力场理论基础
• 2.1 插值
• 2.1.1 插值原理
• 2.1.2 插值多项式的存在唯一性
• 2.2 插值方法
• 2.2.1 线性插值
• 2.2.2 样条插值
• 2.2.3 与距离成反比的加权法
• 2.2.4 径向基函数插值法
• 2.3 残余应力场分析的初始准则
• 2.4 残余应力场分析的细化准则
• 2.4.1 应力梯度
• 2.4.2 应力梯度细化准则
• 本章小结
• 第三章 残余应力场有限元模拟
• 3.1 概述
• 3.1.1 MSC.MARC 介绍
• 3.1.2 有限元分析基本思路
• 3.2 残余应力场分析的有限元模型
• 3.2.1 研究残余应力场的力学基础
• 3.2.1.1 材料的非线性弹性和弹塑性
• 3.2.1.2 Von Mises 屈服准则
• 3.2.1.3 弹塑性应力应变关系
• 3.2.2 材料模型
• 3.3 钻孔法的有限元分析
• 3.3.1 几何模型
• 3.3.2 边界条件
• 3.3.3 有限元模拟钻孔法钻孔
• 3.3.3.1 刀具形状定义
• 3.3.3.2 走刀路径
• 3.3.3.3 分析结果
• 3.4 残余应力场有限元模拟
• 3.4.1 几何模型
• 3.4.2 模拟残余应力场结果
• 本章小结
• 第四章 残余应力场反演分析
• 4.1 等间距测量点残余应力场反演
• 4.1.1 等间距测量点插值计算
• 4.1.2 反演效果比较
• 4.1.3 反演结果细化
• 4.2 不规则测量点残余应力场反演
• 4.2.1 不规则测点插值计算
• 4.2.2 反演效果比较
• 4.2.3 反演结果细化
• 本章小结
• 第五章 残余应力场反演的实验验证
• 5.1 钻孔法测量残余应力实验方案
• 5.1.1 工件材料
• 5.1.2 钻孔装置和应变片的选择
• 5.1.3 钻孔参数的选择
• 5.1.4 残余应力测试系统
• 5.2 残余应力场反演实验验证
• 5.2.1 残余应力测量
• 5.2.2 残余应力场插值计算
• 5.2.3 实验结论
• 5.3 加工变形试验与验证
• 5.3.1 加工变形有限元分析
• 5.3.2 加工变形试验验证
• 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果以及发表的学术论文