宽弦空心风扇叶片超塑成形的数值仿真研究

论文摘要

超塑成形（SPF）是一种高效益、近无余量的先进制造技术,被广泛应用于航空、航天、兵器、汽车等领域。超塑成形过程是一个极其复杂的过程,不仅变形量大,而且成形过程及产品质量受材料性能、摩擦状况、工艺条件、模具结构及加工设备等多种因素的影响。长期以来人们主要是采用基于经验的试错方法进行工艺及模具设计,这使得产品的研发周期较长、费用高,并且产品的质量也不能得到完全的保障。随着计算机及数值计算方法的发展,以有限元法为代表的数值模拟技术已广泛应用于超塑成形过程分析中。利用有限元数值模拟技术可以在计算机上虚拟实现叶片超塑成形的全过程,对预测缺陷的产生、降低生产成本以及保证质量有十分重要的作用。本文讨论了宽弦空心风扇叶片的结构特点和生产方法——超塑成形/扩散连接（SPF/DB）工艺,着重介绍了超塑成形/扩散焊接（SPF/DB）叶片结构及其选材的特点。与其它的生产工艺相比,SPF/DB工艺是先进空心风扇叶片的重要备选方案。根据金属超塑性成形原理,本文对模型空心叶片超塑成形进行了数值模拟的分析。采用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对三层和四层板结构空心叶片的超塑成形过程进行模拟。分析结果表明不同的工艺设计参数对空心风扇叶片的超塑成形过程有很大的影响,同时,得到了最佳应变速率下加载的压力-时间曲线,上述研究结果对宽弦空心风扇叶片超塑成形试验的设计提供了理论的参考依据。本文发展了宽弦空心风扇叶片超塑成形的数值模拟方法,为进一步的研究和工程应用提供理论依据和方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 国内外研究的技术现状分析
• 1.2.1 国外研究状况
• 1.2.2 国内研究状况
• 1.3 超塑成形数值模拟技术研究进展
• 1.4 主要研究内容与贡献
• 1.4.1 主要研究内容
• 1.4.2 主要贡献
• 第二章 空心风扇叶片的发展状况及成形工艺
• 2.1 引言
• 2.2 风扇叶片的发展状况
• 2.2.1 窄弦实心风扇叶片
• 2.2.2 宽弦空心风扇叶片
• 2.3 SPF/DB 宽弦空心风扇叶片的工艺
• 2.3.1 SPF/DB 材料的特性
• 2.3.2 SPF/DB 工艺过程及特点
• 2.4 本章小结
• 第三章 超塑成形数值模拟基本理论
• 3.1 超塑成形的特点与技术关键
• 3.2 超塑成形过程的力学分析方法综述
• 3.3 超塑成形数值模拟的特点
• 3.4 刚粘塑性有限元法基本力学方程
• 3.5 刚粘塑性有限元变分原理及求解方法
• 3.5.1 刚粘塑性有限元变分原理
• 3.5.2 刚粘塑性有限元求解方法
• 3.6 本章小结
• 第四章 空心风扇叶片超塑成形过程的数值模拟
• 4.1 引言
• 4.2 空心风扇叶片超塑成形数值模拟应解决的关键问题
• 4.2.1 主要参数的确定
• 4.2.2 压力加载曲线的优化
• 4.3 空心风扇叶片SPF/DB 过程的数值模拟
• 4.3.1 有限元分析模型的建立
• 4.3.2 实例与分析
• 4.4 三层结构空心风扇叶片超塑成形过程的数值模拟
• 4.4.1 建立有限元模型
• 4.4.2 成形过程的仿真
• 4.4.3 成形工艺参数对空心风扇叶片超塑成形结果的影响
• 4.4.4 加强筋数量对空心叶片超塑成形过程的影响
• 4.5 四层结构空心风扇叶片超塑成形过程的数值模拟
• 4.5.1 SPF/DB 四层板结构的特点
• 4.5.2 四层板结构模拟与结果分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 主要结论和创新成果
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间科研成果