开缝衬套冷挤压强化孔疲劳寿命仿真及其预测系统开发

论文摘要

孔的开缝衬套冷挤压强化技术是目前国际航空制造业中最先进的孔冷挤压强化工艺,是提高飞机紧固件连接结构寿命最有效的措施之一。本文在对LY12CZ铝合金开缝衬套冷挤压强化孔工艺进行详细分析的基础上,首先利用ANSYS对强化孔的加载应力场进行了三维仿真研究,然后利用MSC.Fatigue对开缝衬套冷挤压强化孔的疲劳寿命进行了仿真研究,最后基于BP神经网络对开缝衬套冷挤压强化孔的疲劳寿命建立了预测模型,并用VC++与MATLAB联合开发了预测系统。本文的主要工作和取得的成果如下:1.利用ANSYS对开缝衬套冷挤压强化孔（挤压量为2.5%）进行了仿真研究,得到了强化孔的加载应力场,加载状态下最大等效应力值位于开缝衬套开口处,其值约为300MPa,分析结果与文献参考值一致。2.利用正交实验法比较系统地研究了冷挤压强化孔工艺中的挤压量（1.2%、2.5%、3.8%、5.1%）、摩擦系数（0.1、0.2）、衬套（有、无）对强化孔的加载应力场的影响程度。结果表明:挤压量对其影响程度最大;摩擦系数的影响程度最小,可以忽略不计。3.在开缝衬套冷挤压强化孔加载应力场仿真的基础上,利用MSC.Fatigue对其疲劳寿命进行了仿真研究。结果表明:开缝衬套冷挤压强化孔疲劳寿命最小值发生在开缝衬套的开口处,其疲劳寿命值在现有的挤压量范围内随着挤压量的增大而增大。4.基于BP神经网络建立了开缝衬套冷挤压强化孔疲劳寿命预测模型,以300M超高强度钢、30CrMnSiA调质钢、A3普通碳素结构钢的试验数据为训练样本,对LY12CZ铝合金材料进行了预测,取得了比较理想的预测效果,并用VC++与MATLAB联合开发了疲劳寿命预测系统。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 抗疲劳制造技术
• 1.2 孔冷挤压强化技术
• 1.2.1 孔冷挤压工艺
• 1.2.2 冷挤压工艺操作过程
• 1.2.3 冷挤压孔抗疲劳增寿原理
• 1.3 孔冷挤压数值模拟现状
• 1.4 本文研究背景与主要内容
• 1.4.1 研究背景
• 1.4.2 主要内容
• 第二章 冷挤压孔的成形过程仿真
• 2.1 有限元理论
• 2.1.1 有限元法分析步骤
• 2.1.2 ANSYS 简述
• 2.1.3 刚塑性材料有限元分析原理
• 2.1.4 弹塑性接触问题的处理
• 2.2 冷挤压过程仿真计算
• 2.2.1 有限元建模
• 2.2.2 结果分析与对比验证
• 2.3 影响冷挤压过程的因素
• 2.4 正交实验设计
• 2.4.1 正交表简述
• 2.4.2 正交实验设计步骤
• 2.4.3 正交实验的方差分析
• 2.5 冷挤压过程仿真的正交实验设计
• 2.5.1 不考虑因素间交互作用
• 2.5.2 考虑因素间交互作用
• 2.6 本章小结
• 第三章 冷挤压孔的疲劳寿命仿真
• 3.1 疲劳概述
• 3.1.1 疲劳的定义
• 3.1.2 疲劳的分类
• 3.1.3 疲劳术语
• 3.1.4 影响疲劳寿命的主要因素
• 3.2 疲劳寿命分析方法
• 3.2.1 全寿命分析
• 3.2.2 应变疲劳分析
• 3.2.3 裂纹扩展分析
• 3.3 孔冷挤压疲劳试验描述
• 3.4 冷挤压孔疲劳寿命分析
• 3.4.1 MSC.Fatigue 简介
• 3.4.2 MSC.Fatigue 计算流程
• 3.4.3 全寿命分析设置
• 3.4.4 疲劳结果分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 冷挤压孔的疲劳寿命预测系统开发
• 4.1 BP 神经网络的概述
• 4.1.1 BP 神经网络模型
• 4.1.2 BP 算法
• 4.2 神经网络模型的建立
• 4.2.1 建立神经网络模型具体步骤
• 4.2.2 建立网络模型
• 4.3 系统开发
• 4.3.1 软件开发环境的选择
• 4.3.2 软件设计过程
• 4.3.3 代码的实现和调试
• 4.3.4 界面的实现
• 4.4 算例分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者在攻读硕士学位期间发表的论文