航空薄壁结构件加工变形数值仿真研究

论文摘要

航空薄壁件尺寸大、结构复杂、形状精度要求很高,并且薄壁件有的部位只有1.5-3mm厚,甚至小于1.5mm刚性很差,在加工过程中很容易会发生弯曲、扭曲、或弯扭组合等的结构变形,使零件难以达到设计要求,甚至成为废品,严重影响了航空产品的生产进度与成本。本文在阐述航空整体结构件国内外加工研究现状的基础上,通过理论分析、有限元数值仿真以及已知实验对比研究相结合的方法,从残余应力入手,对航空整体结构件的铣削加工变形预测进行了较为深入的研究。（1）首先,本文运用弹塑性力学理论,根据拉、压两种应力所产生的应变情况推导了适合预拉伸铝合金厚板内部残余应力的改进剥层应变法。为了便于处理应变数据,建立了人性化的VB数据处理系统,并通过有限元方法对宏观应力释放法测试三维残余应力分布进行了验证。（2）其次,对实际的铣削状态进行简化,建立三维弹塑性有限元铣削模型,通过动态给去除材料所在单元的单元面上加载、卸载方法来实现切削力作用过程,并通过有限元的“生死单元技术”模拟材料去除。从理论上分析了工件加工过程中产生塑性变形、残余应力的原因,并通过已知典型薄壁件的加工参数对模型的合理性进行了验证。（3）利用建立起的切削模型,对薄壁件侧壁最后一道工序的加工余量,以及薄壁件不同的压板数目、相同压板数目而不同的装卡位置对薄壁件变形的影响进行了仿真分析。（4）最后,对航空多框薄壁件中框体的加工顺序对整体变形的影响进行了仿真研究。本文对有效减小或抑制零件加工变形,对航空整体结构件数控加工变形进行预测具有重要的现实意义和价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 本论文研究背景
• 1.2 铝合金薄壁件加工变形研究现状分析
• 1.2.1 切削加工的残余应力研究现状
• 1.2.2 切削加工的数值模拟研究现状
• 1.2.3 切削加工的加工工艺研究现状
• 1.3 本文的研究目的和内容
• 1.3.1 研究目的
• 1.3.2 研究内容
• 1.3.3 论文研究的意义
• 1.4 本章小结
• 第2章 残余应力测试方案
• 2.1 残余应力的成因及分类
• 2.2 残余应力的影响
• 2.3 残余应力测试技术现状
• 2.4 残余应力测量的选择
• 2.4.1 物理测定方法
• 2.4.2 机械测定法
• 2.5 预拉伸铝合金板内部残余应力测量
• 2.5.1 航空铝板状态
• 2.5.2 测量原理
• 2.5.3 残余应力算法的验证
• 2.6 本章小结
• 第3章 三维有限元切削模型的建立
• 3.1 切削过程分析
• 3.2 切削力模型的建立
• 3.2.1 切削力分析
• 3.2.2 经典的切削模型
• 3.2.3 切削模型的简化
• 3.3 三维有限元模拟的力学和数学理论
• 3.3.1 单元几何形状的确定
• 3.3.2 六面体单元的力学特性
• 3.4 铣削加工三维有限元分析模型的建立及试验验证
• 3.4.1 铣削加工三维模拟
• 3.4.2 铣削加工三维模拟结果与实验结果对比
• 3.5 本章小结
• 第4章 加工工艺对残余应力重分布的因素
• 4.1 加工余量对框体加工变形的影响
• 4.1.1 方案设计
• 4.1.2 变形结果分析
• 4.2 夹板数目对变形与应力重分布的影响
• 4.2.1 底部残余应力结果分析
• 4.2.2 底部综合变形结果分析
• 4.3 夹紧位置对变形与应力重分布的影响
• 4.4 本章小结
• 第5章 多框整体结构件铣削变形规律的预测研究
• 5.1 多框结构件综合铣削变形的方案设计
• 5.1.1 多框结构件铣削加工条件
• 5.1.2 多框结构件铣削顺序规划
• 5.2 多框结构件加工变形结果分析
• 5.2.1 加工顺序对整体变形影响的模拟分析
• 5.2.2 沿薄壁框体边缘路径的变形结果分析
• 5.3 本章小结
• 第6章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 作者攻读硕士学位期间发表的论文
• 附录