切割对铝合金厚板残余应力分布影响的仿真与分析

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1、第41卷第6期中南大学学报(自然科学版)Vol.41No.62010年12月JournalofCentralSouthUniversity(ScienceandTechnology)Dec.2010切割对铝合金厚板残余应力分布影响的仿真与分析闫鹏飞，吴运新，廖凯(中南大学机电工程学院，湖南长沙，410083)摘要：使用有限单元法对切割加工过程对于铝合金厚板残余应力分布造成的影响进行研究，利用大型商用非线性有限元软件MSC.Marc提供的单元生死技术建立7075铝合金厚板切割的有限元模型，对切割前、后铝合金厚板内应力的变化进行模拟，并进行实验验证。仿真和实验结果表明：切割产生的

2、边缘处由于失去原有相邻的材料对其的拉伸或压缩作用，应力减小，应力变化随着与边缘距离的增加而减小；与边缘的距离超过板材厚度的部分应力变化很小，可以忽略；切割对表面应力的影响较大、对芯部应力影响较小；对与其方向垂直的应力影响较大，对与其方向平行的应力影响较小。关键词：铝合金；厚板；应力场；切割加工；有限元仿真中图分类号：TG146.2文献标志码：A文章编号：1672−7207(2010)06−2213−05Simulationandanalysisofeffectofcuttingmachiningonresidualstressdistributioninthickalumin

3、umalloyplateYANPeng-fei,WUYun-xin,LIAOKai(SchoolofMechanicalandElectricalEngineering,CentralSouthUniversity,Changsha410083,China)Abstract:Finiteelementmethodwasusedtostudythevariationofresidualstressdistributioninthickaluminumplate.Thefiniteelementmodelwasachievedbyvirtueofnon-linearsoftwar

4、eMSCmarc,inwhichthebirth-deathelementisavailable.Thevariationofresidualstressinthickaluminumalloyplatebeforeandaftercuttingwassimulatedandseveralexperimentsweredonetoverifytheresultsofthesimulation.Theresultsshowthattheresidualstressontheboundaryformedbythecuttingdecreaseiscausedbylosingthe

5、adjacentmaterial;thevariationvaluedecreasesasthedistancetotheboundaryincreases;asthevalueofdistanceisgreaterthanthethickness,thevariationvalueisverysmall,evencanbeignored;cuttinghasgreaterinfluenceonthesurfacestressthancorestressandhasgreaterinfluenceonthestressthatisverticaltoitsdirectiont

6、hantheonethatisparalleltoit.Keywords:aluminumalloy;thickplate;stressfield;cuttingmachining;finiteelementsimulation[3−5]随着航空工业的发展，对现代飞机的性能要求不料，现代航空航天工业的高速发展对7×××系合断提高，飞机的结构设计发生了较大变化。从零件结金的大尺寸高性能构件尤其是高性能厚板材料的需求[6]构上来看，为了减少质量，整体结构件在新机型中得日趋迫切。残余应力造成的铝合金轧制板材加工变到了尽可能多的应用。航空整体结构件通常采用高强形是高性能铝材加工过程中

7、的一大问题，因而，对铝[1−2]度变形铝合金厚板直接铣削加工而成。7×××系合金材料应力的研究越来越受到重视。切割是对铝合高强铝合金是一类应用于航空航天工业的铝合金材金轧制板材进行加工的第1步，通过切割可以将外型收稿日期：2009−10−31；修回日期：2009−12−28基金项目：国家重点基础研究发展规划(“973”计划)项目(2005CB623708，2010CB731703)通信作者：吴运新(1963−)，男，广东兴宁人，博士，教授，从事机械结构动力学、机电控制和冶金机械等研究；电话：0731-8