7075铝合金筒形件热反旋开裂行为研究

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1、学校代码：10406分类号：TG306学号：120082503001南昌航空大学硕士学位论文(硕士研究生)7075铝合金筒形件热反旋开裂行为研究硕士研究生：叶天云导师：赵刚要副教授申请学位级别：硕士学科、专业：航空宇航制造工程所在单位：航空制造工程学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：南昌航空大学ResearchonCrackBehaviorduringHotPowerBackwardSpinningfor7075AluminiumAlloyCylinderADissertationSubmitt

2、edfortheDegreeofMasterOnManufacturingEngineeringofAerospaceAstronavigationbyYeTianyunUndertheSupervisionofAssociateProf.ZhaoGangyaoSchoolofAeronauticalManufacturingEngineeringNanchangHangkongUniversity,Nanchang,ChinaJune,2015南昌航空大学硕士学位论文摘要摘要7075铝合金筒形件由于

3、其具有高强度、重量轻、耐高压和抗腐蚀性能强等特点，在航空航天及兵器等领域应用广泛，热反旋成形是制造此类筒形件的主要方法。然而，开裂现象是筒形件热反旋成形过程中常见的缺陷之一，尤其在成形期间产生的肉眼难以发现的微裂纹是影响其成形质量的重要因素。本文基于改进的Lemaitre损伤模型，采用有限元数值仿真与理论和实验相结合的方法，对7075铝合金筒形件热反旋开裂行为进行了系统的研究。主要研究内容和结果如下：(1)对Lemaitre韧性损伤准则进行改进，建立了考虑材料的拉压异性和温度与应变率耦合Lemaitr

4、e损伤模型。开发了Lemaitre损伤模型用户子程序，建立了7075铝合金筒形件多道次热反旋有限元模型，并实验验证了其可靠性。(2)基于所建立的有限元模型，分析了筒形件成形过程中的热力学行为：筒形件的温度呈环状阶梯分布，旋压与工件的接触区温度最大，然后沿筒形件环向和轴向两端逐渐减小；接触区的等效应力最大，筒形件的最大等效应力随时间整体呈上升趋势；接触区后方的等效应变大于接触区的等效应变；在轴向上，工件两端的等效应变较小，中间段的值较大，周向和厚向上都存在应变不均匀现象。(3)基于所建立的有限元模型，系

5、统分析并获得7075铝合金筒形件热反旋成形过程中的损伤行为：工件轴向两端的损伤值较小，中间段的损伤值较大，外侧损伤最大值在稳定区和未旋区的交界处，内侧损伤最大值在端部区和稳定区的交界处；损伤沿周向呈波浪形分布，内外侧损伤程度不一致，筒形件顶端内侧损伤值增长速度比外侧要快；筒形件根部的损伤值呈非线性发展趋势，旋轮进给初期最大相对损伤值增加的速度比较快，而后趋于平缓。(4)研究发现：适当提高工件的预热温度、旋轮的进给比以及工件与模具的摩擦系数能显著改善筒形件的损伤度；旋轮的下压量对损伤度的影响呈波浪形分布

6、；当工件预热温度为300℃左右，旋轮的下压量和进给比分别在20~30%和0.6~0.7mm/r左右，以及旋轮和芯模与工件之间的摩擦系数分别选择为0.2和0.3附近时，对筒形件的损伤影响较小。关键词：7075铝合金，筒形件热反旋，Lemaitre损伤模型，旋压开裂，损伤规律I南昌航空大学硕士学位论文AbstractAbstractThe7075high-strengthaluminum(7075HSAC)cylinderhasbeenwidelyusedinthefieldsofaerospaceand

7、weaponsforthemeritsofhighstrength,lightweight,strongcorrosionresistance,highpressureresistance,etc.Thehotpowerbackwardspinningismainwaytomanufacturethistypeofcylinder(HPBS).Crack,however,oneofcommondefectsintheHPBSofthecylinder,isanimportantfactoracting

8、onthequalityandlimitforming,especiallymicro-cracksgeneratedduringtheformingmostlyinvisibletobareeyes.Inthisstudy,asystematicalandthoroughinvestigationoncrackingbehaviorof7075HSACinHPBShasbeencarriedoutusingfiniteelement(FE)numeri