铝合金预拉伸板的残余应力评估与变形预测.pdf

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1、123分类号密级公开UDC学位论文题目：铝合金预拉伸板的残余应力评估与变形预测研究生姓名：吕海洋学科专业名称：机械制造及其自动化研究方向：精密超精密加工技术论文类型：应用研究申请学位：工学硕士指导教师姓名：王明海指导教师职称：教授指导教师单位：沈阳航空航天大学论文提交日期：2017年2月28日论文答辩日期：2017年3月10日沈阳航空航天大学2017年03月4SHENYANGAEROSPACEUNIVERSITYTHESISFORMASTER’SDEGREERESIDUALSTRESSEVALUATIONANDDEFORMATIONPREDICTIONOFPRE-STRETC

2、HEDALUMINUMALLOYPLATECandidate：HaiyangLvSupervisor：MinghaiWangSpecialty:MachineryManufacturingandAutomationDate:March,20175沈阳航空航天大学硕士学位论文摘要在航空航天制造过程中，铝合金是最常用的材料之一。其中，铝合金预拉伸板因其重量轻、强度高的优势被大量用于制造框架结构和薄壁结构等。但是在加工过程中，蕴藏在铝合金预拉伸板的残余应力随着外部材料的去除而不断释放，打破了原有的平衡状态，产生了不可避免的加工变形。本文以铝合金预拉伸板材为研究对象，借助有限元仿真、

3、切削试验等研究手段，对板材的残余应力进行评估，获得了残余应力的分布状态，并将其输入到有限元软件中进行变形预测。同时对有限元软件进行二次开发，提高了其物理仿真与变形预测的计算效率。最终将其应用到实体的变形预测中。主要研究内容如下：（1）使用盲孔法与轮廓法对测量了铝合金预拉伸板的残余应力。为提高测量准确性，针对轮廓法测量残余应力的特殊要求，通过Plackett-Burman结合正交试验方法，揭示了线切割参数对轮廓法切割质量的影响规律，研究表明，送丝速率、丝张力和峰值电流是影响测量精度的三个主因素。当峰值电流为10A、丝张力为20g和送丝速率为180mm/min时切割质量为最优；通

4、过Box-Behnken响应面分析法，获得了表面粗糙度的预测模型，提高了轮廓法评估残余应力的准确性。（2）对于大尺寸的结构件，使用有限元方法进行加工变形的预测时效率很低，不易实现全尺寸、完整结构、复杂切削走刀路径状态下的加工变形准确预测。为了解决这一问题，基于Abaqus软件的有限元仿真及其二次开发技术，本文提出一种采用连续多个静态隐式分析步模拟切削加工过程的加工变形有限元快速仿真方法。开发了相关软件，能够统一施加残余应力并提取后续分析的位移、应力数据。（3）基于测量得到的预拉伸板残余应力，使用二次开发的有限元仿真技术对某型机匣件的加工变形进行了预测，并将仿真结果与切削试验结

5、果进行对比，获得了加工变形的特点。关键词：残余应力；正交试验；有限元仿真；二次开发技术6沈阳航空航天大学硕士学位论文AbstractAluminumalloyisoneofthemostcommonlyusedmaterialsinaerospacemanufacturing.Becauseofitslightweight,andhighstrength,thealuminumalloyprestretchedplateislargelyusedinthemanufactureofframestructureandthin-walledstructure,etc.Howeve

6、r,intheprocess,theresidualstressinthealuminumalloyprestretchedplateisreleasedwiththeremovaloftheexternalmaterial.Inthispaper,aluminumalloyprestretchedplatewasresearchedinthefiniteelementsimulationandcuttingtesttoevaluatetheresidualstressofplate.Thedistributionoftheresidualstresswasputinthef

7、initeelementsoftwarefordeformationprediction.Thefiniteelementsoftwarewasdevelopedtoimprovethecalculationefficiencyofphysicalsimulationanddeformationprediction.Finally,itisappliedtopredictthedeformation.Themajorresearchworksarelistedasfollows:Firstly,ther