7085铝合金残余应力及加工变形的数值仿真与试验

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1、航空学报ActaAeronaut／caetAstronauticaSin／caFeb252014V01．35No．2574．581ISSN1000．6893CN11．1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．cn7085铝合金残余应力及加工变形的数值仿真与试验杨吟飞*，张峥，李亮，何宁，赵威南京航空航天大学机电学院，江苏南京210016摘要：毛坯残余应力的测量以及零件的加工变形分析是航空整体结构件数控加工工艺研究的难题。应用MSC．Marc软件对某型飞机主起支撑接头的7085铝合金锻件毛坯的淬火压缩工艺进行了数

2、值仿真，获得了毛坯残余应力分布趋势；应用x射线衍射法与钻孔法测量了毛坯表层残余应力分布，提出了基于系数修正法的毛坯残余应力分析方法，通过最小二乘法(LSM)拟合仿真值与试验值以获得应力修正系数，并对毛坯残余应力分布的仿真结果进行修正，获得了实际毛坯的残余应力分布；由此进行了主起支撑接头缩比零件加工变形仿真与验证试验。研究结果表明：7085铝合金块状毛坯残余应力数值仿真结果与测试结果的趋势吻合，为应力修正提供了物理基础；相对于未修正的应力分布，基于修正后的应力分布仿真获得的变形结果精度提高了50％；7085一T7452铝合金的毛坯残余应力是导致主起支撑接头

3、加工变形的主要因素。关键词：残余应力；加工变形；X射线衍射；钻孔法；系数修正中图分类号：V26；U663．9+1文献标识码：A文章编号：1000—6893(2014)02—0574—08飞机的主起支撑接头是连接机翼和主起落架的关键承力结构件，不仅需要承受飞机降落的高强度载荷，还需保证机翼和起落架的装配精度，因此是飞机上结构最复杂、精度最高和加工难度最大的结构件之一。7085铝合金是20世纪90年代以来发展的一种高强高淬透性锻造铝合金。7085厚锻件可以解决超规格锻件淬透性、性能与残余应力之间的矛盾，500ITllTI厚的毛坯仍可淬透，拥有优异的综合性能，

4、尤其是在断裂韧性方面。因此在我国新研制的某型飞机中主起接头就采用7085一T7452铝合金锻件。但是，该型飞机主起接头研制过程中出现了0．5mm左右的结构变形。由于变形处零件厚度为20mm，结构刚性良好，相对于切削力和切削残余应力，毛坯残余应力是导致结构变形的主要因素[1。3]。精确地获得毛坯的残余应力分布是分析后续切削加工变形的重要前提，通过毛坯工艺流程仿真或者实际应力测量均可获得毛坯残余应力。高精度的毛坯残余应力仿真对建模技术、算法、材料和过程参数符合程度要求极高，也极难实现，但是获得应力分布趋势则完全可行。Brinksmeier等[4]通过数值仿真

5、研究了7075铝合金厚板淬火残余应力，指出淬火前残余应力在铝合金板材加温过程中进行了重新平衡，因而对淬火时残余应力的影响很小。朱才朝等[5刮引入铝合金的流变收稿日期：2013-09·05；退修El期：2013-09-25；录用Et期：2013．11．16：网络出版时间：2们3—11．2118：58网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／111929V．20131121．1858005htmI基金项目：国防技术基础科研项目(01520120002，J1520130001)；高等学校博士学科点专项科研基金(20123218120025

6、)；中央高校基本科研业务费专项资金(NS2012011)*通讯作者．Tel．：025-84892502E—mail：yyfgoat@nuaaeduca朝角格武；YangYF．ZhangZtLiL．eta1．Numericalsimulationandtestofbulkresidualstressandmachiningdistortioninaluminumalloy7085L屯ActaAeronaut／caetAstronaut／caSin／ca，2014，35(2)：574—581÷扬吟飞，张峥．李亮．等．7085铝合金残余应力及加I变形的数值仿真

7、与试验￡J]航空学报．2014．35(2)：574．581÷杨吟飞等：7085铝合金残余应力及加工变形的数值仿真与试验应力特性曲线，对7075铝合金厚板的淬火与拉伸过程进行了数值仿真，研究表明引入流变应力特性可以提高仿真精度，仿真结果与试验测量趋势吻合。准确、全面的应力测试技术对研究铝合金残余应力至关重要。Prime和Hill[7]应用裂纹柔度法首先对比分析了7050铝合金板的淬火一预拉伸残余应力，研究表明预拉伸工艺导致的塑性变形可以有效降低应力幅值。Robinson等[83应用中子射线衍射法与深孔法测量了7449铝合金块的淬火一压缩残余应力，测量结果表

8、明增大压缩工艺的塑性变形量并不会显著提高应力消除水平。虽然中子衍射法可测量材料内