TC1箔材弯曲成形的尺寸效应研究及其应用

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1、中图分类号：TG386.3+1论文编号：102870517-B003学科分类号：082503博士学位论文TC1箔材弯曲成形的尺寸效应研究及其应用研究生姓名马振武学科、专业航空宇航制造工程研究方向金属微塑性成形技术指导教师童国权教授南京航空航天大学研究生院机电学院二О一七年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofMechanical&ElectricalEngineeringResearchonsize

2、effectsofTC1foilsbendformingandtheirapplicationsAThesisinAerospaceManufacturingEngineeringbyMaZhenwuAdvisedbyProf.TongGuoquanSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofPhilosophyMar,2017承诺书本人声明所呈交的博士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了

3、文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学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、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学博士学位论文摘要成形法制备蜂窝芯体结构的工艺关键在于瓦楞板的精密成形。为了满足蜂窝芯体结构苛刻的轻质化要求，瓦楞板的厚度设计只有几十微米，然而目前尚缺乏金属箔

4、材瓦楞板的精密成形工艺。本文以制备超薄壁蜂窝芯体结构所需的瓦楞板的精密成形为目标，进行了金属箔材弯曲成形的尺寸效应基础研究和应用研究。主要内容和创新点如下：1、对面心立方金属H80箔材和密排六方金属TC1箔材进行了拉伸力学性能研究。研究发现―表面层晶粒‖模型中流动应力随试样尺寸表现出的―越小越弱‖现象的根本原因是晶界区域占比的减少。箔材试样的过早断裂是由晶粒间通过弱弱结合形成的易变形区域引起的。由于变形协调性的差异，H80箔材的主要变形发生在易变形区域形成前的整体变形阶段，而TC1箔材则主要发生在易变形区

5、域形成后的集中变形阶段。利用高温成形工艺可以有效提高金属箔材的力学性能均匀性和成形性能，降低尺寸效应的影响。2、对金属箔材的本构建模进行了研究。利用Voronoi多边形与多晶体晶粒形状相似的思想建立了基于虚拟晶体结构的本构模型，该模型综合考虑了个体晶粒的取向、尺寸和形状影响，能够从晶粒尺度上对微成形中材料行为的尺寸效应现象进行精确描述。3、研制了一套金属箔材三点弯曲试验装置，对金属箔材的弯曲回弹行为进行了研究。相似等比弯曲试验结果显示在不同的厚度区间内，H80箔材具有不同的弯曲回弹趋势。当厚度尺寸较小时，

6、H80箔材的弯曲回弹角出现了随厚度尺寸的减小而增大的反转强化趋势。但是在TC1箔材的基础弯曲试验中没有发现这种明显的反转强化现象。仅利用―表面层晶粒‖模型不能解释金属箔材的弯曲回弹行为。4、对金属箔材的弯曲成形进行了解析研究。通过引入晶界削弱因子量修正TNT应变梯度计算模型，对金属箔材的弯曲成形进行力学解析，建立了金属箔材弯曲回弹的预测公式。采用将―表面层晶粒‖弱化影响和―应变梯度‖强化影响相耦合的方法对金属箔材的弯曲回弹行为进行了定量解析。5、对TC1箔材瓦楞板的精密成形进行了应用研究。提出了基于虚拟晶

7、体结构的箔材弯曲成形应力分布计算方法，分析显示小t/d箔材试样中的应力分布杂乱，这是导致箔材弯曲回弹离散度较大的原因。压力校形工艺能够减小个体晶粒对箔材弯曲回弹行为的影响和改变弯曲成形区域的应力分布状态，可以有效控制金属箔材的弯曲回弹行为。基于此，提出利用辊弯成形+压力校形的组合工艺实现了TC1箔材瓦楞板的精密成形。设计专用点焊工装并选取最优点焊参数成功制备了TC1超薄壁蜂窝芯体结构。关键词：TC1箔材，弯曲成形，尺寸效应，蜂窝芯体，瓦楞板，精密成形ITC1箔材弯曲成形的尺寸效应研究及其应用ABSTRAC

8、TThekeyprocessofmanufacturinghoneycombcorestructurebyformingprocessistoformthecorrugatedsheetprecisely.Inordertomeetthestrictlightweightrequirementsofhoneycombcorestructure,thethicknessofcorrugatedsheetisonlydozenso