带孔壁板数控超声波喷丸成形技术研究

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1、图分类号:TG386.3论文编号：102870515-S171学科分类号:082503硕士学位论文带孔壁板数控超声波喷丸成形技术研究研究生姓名刘朝训学科、专业材料加工工程研究方向塑性加工新技术指导教师鲁世红教授南京航空航天大学研究生院机电学院二〇一五年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofMechanical&ElectricalEngineeringResearchofUltrasonicPeeningFormingTechnologyonpe

2、rforatedplateAThesisinMaterialsprocessingengineeringbyLiuChaoxunAdvisedbyProfessorLuShihongSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2015承诺书本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究

3、工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅,可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。(保密的学位论文在解密后适用本承诺书)作者签名：日期：摘要航空结构壁板通常带有减轻孔、装配孔、工艺孔等结构，在带孔板单曲率喷丸成形时，常常会发生孔区域与其他喷丸部位曲率半径不相等，而且孔区域部位产生孔区变形、开裂、应力集中的问题[40]，严重地影响了壁板的成形精确和强度性能。这些都与带孔壁板喷丸成形后残余应力分布有关，而残余应力

4、分布又受喷丸区域、壁板几何结构和喷丸工艺参数等因素的影响。针对带孔壁板喷丸成形相关缺陷，从理论上研究了板料喷丸后残余应力分布规律，以及残余应力场对板料的成形机理，从试验和有限元角度研究喷丸区域、壁板几何结构和喷丸工艺参数等对带孔板成形质量的影响，确定了适合带孔板喷丸成形工艺方法及最佳参数水平。1.探讨了使板材产生弹性和弹塑性变形的临界喷丸速度，此速度公式考虑到了撞针和靶材的密度、弹性模量、泊松比，静态与动态屈服强度。利用Herz碰撞理论推导出了碰撞压力分布公式，并从弹塑性力学角度推导了塑性变形区回弹前后的弹坑直径，弹坑深度及冲击力大小计算公式，分析得出

5、了板料回弹前后的残余应力相关公式，以及残余应力分布对受喷板料弯曲变形公式。2.分析了带孔板超声波喷丸成形后的成形特征及孔异形情况，探讨了喷丸区域布局及板料结构对带孔板喷丸成形质量影响，绘制了不同喷丸参数喷丸时应采用的喷丸孔边距和加强环厚度曲线，结果表明：采用加强环+条带喷丸方式可以显著的提高带孔板喷丸成形质量，加强环厚度H与宽度M主要影响曲率半径差值C，而孔边距L主要影响孔异形程度B。选取最佳孔边距L为3~10mm，最佳加强环宽度M为9~15mm，最佳加强环厚度为1~3mm。3.构建了有限元模拟方案，确定采用动态分析步与静态分析步结合的模拟方法。采用A

6、BAQUS模拟和研究了不同喷丸区域布局、带孔板孔区结构和喷丸工艺参数对带孔板喷丸成形质量的影响，并将试验研究与有限元模拟的结果进行对比和分析，结果显示：ABAQUS有限元模拟结果与试验结果在影响趋势、数据点差值方面的吻合度较好，总体上，模拟结果与试验结果的最大误差为22%，平均误差为13.3%，具有较好的参考意义。关键词：带孔板，超声波喷丸，碰撞理论，工艺参数，有限元模拟IABSTRACTThereareusuallyexistinglighteninghole,pilotholeandprocessholeinAeronauticalstructur

7、alpanelthatoftenoccurholedeformation,crackingandstressconcentrationWhenusingUltrasonicpeeningforming,whichhaveseriousinfluenceonformingprecisionandstrengthpropertiesofAeronauticalstructuralpanel.Alloftheformingdefectshavecloseconnectionwiththeresidualstressdistributiondetermined

8、bypeeningarea,panelgeometryandpeeningparameter.