T型航空铝合金结构件淬火残余应力数值模拟分析

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1、研究论文T型航空铝合金结构件淬火残余应力数值模拟分析+李晨，楼瑞祥，王志刚(中航工业第一飞机设计研究院，西安710089)【摘要】运用ABAQus有限元软件建立了T型航空7050铝合金构件淬火残余应力模型，得到了构件在淬火过程中的冷却曲线和不同部位的残余应力分布规律。结果表明：T型构件无论是肋部位还是腹板部位在淬火过程中均呈现出表面压应力，芯部拉应力的整体分布规律。但由于零件的复杂性，肋部位的塑性应变相对集中，导致其无论是表面还是芯部，产生的淬火残余应力均大于腹板部位的残余应力，且在整个淬火过程中分布规律相对复杂。关键词：航空构件；残余应力；淬火；有限元NumericalSi

2、mulationandAnalysisonResidualStressPredictioninaQuenched1、-SectionAluminumComponentLIChen，LOURuixiang，WANGZhigang(AvlCTheFirstAircraRInstitute，xi’an710089，China)【ABSTRACTlThequenchingprocessof7050aluminumalloyaircmftfo唱inghasbeensimulatedbyFEsoRABAQUS．ThecoolingcurVesanddis仃ibutionofquenchi

3、ngresidualstresshaVeinVestigated．TheresultsshowthatboththeribandwebpartshaVesamedistribution：compressiVestressonthesurface，tensilestressinthecoreoftheTcomponent．Thedis-tributionsofbothextemaIandintemal，residualstressontheribareVerycomplex，andbiggerthanwebpans．Keywords：Aeronauticcomponent；Re

4、sidualstress；Quenching；FEDoI：10．16080组issn167l一833x．20l6．22．092航空铝合金是飞机结构材料中的主干材料，是最早推动航空工业发展的基础，对航空工业的进步具有极其重要的战略意义【l。3】。近年来，超高强铝合金凭借其密度小、加工性能好及焊接性能优良等特性，越来越被广泛应用。同时，热处理工艺作为一种改善材料性能的重要手段，通过固溶处理，使其能够达到足够的强度和韧性。但是，不可避免的是热处理过程带来的危害却也是显而易见的，即淬火过程中产生的残余应力使零件在后续加工过程中产生变形翘曲甚至开裂现象。因此，系统研究毛坯淬火残余应力的

5、产生机理及其分布规律，对改善零件的尺寸精度和使用寿命具有重要的指导意义。有关这方面的研究国内外已经开展了相关的工作H。8l，但大多局限于简单形状的零件。随着航空技术的发展，整体结构件的出现使残余应力问题变得更为复杂，一跃成为世界性难题。因此，本文针对航空结构件的复杂性，开展T字型航空7050铝合金锻件的淬火残余应力数值模拟分析，为航空设计人员提供一定的参考基础。}基金项目：国家围际科技合作专项(2014DFA51250)。92航空制造技术·2016年第22期1有限元数值模拟计算1．1淬火残余应力产生机理残余应力是指在没有对物体施加外力时，物体内部存在的保持自相平衡的应力系统1

6、9。10】，它是固有应力或内应力的一种。传统工艺中对构件进行的热处理工艺是构件产生淬火残余应力的主要原因，由于造成了构件表面和芯部在快速加热和冷却过程中的温度梯度，冷却速度不同，产生的塑性变形就会不同，继而引发热应力场急剧变化，最终产生热应力。同时，对于存在相变的金属构件也会引发组织应力，构件最终的残余应力正是这两种应力的综合效果。1．2模型的建立本文模拟的对象是航空用T字型7050铝合金锻件。淬火开始温度为475℃，淬火介质为65℃的水。根据对称性原理取锻件的1／2部分进行建模，沿模型长度(x轴)、宽度(y轴)和厚度(z轴)方向的应力分别为吼。、昵，和cr3。，如图l所示。

7、有限元软件选取ABAQuS进行准耦合模拟，热传导单元划分选择Dc3D8，即八节点线RESEARCH研究论文性传热六面体单元。热应力单元选择C3D8R，即八节点线性六面体单元。1．3材料热物性参数前期大量研究表明”卜b】，金属材料的热处理淬火过程归结到有限元分析中，是一个典型的非线性热力耦合问题，其过程相当复杂，在有限元分析中，最重要的依据就是参数的选择和边界条件的设定。其中，热物理参数，即密度、热传导率、比热容、热膨胀系数和力学性能参数均随温度的变化而变化。因此，本文选取模拟该构件的主要热物理参数和力学