TC4开缝衬套冷挤压残余应力分布有限元仿真.pdf

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1、·信息技术·王洪达，等·TC4开缝衬套冷挤压残余应力分布有限元仿真TC4开缝衬套冷挤压残余应力分布有限元仿真王洪达。苏宏华(南京航空航天大学a．材料科学与技术学院，b．机电学院，江苏南京210016)摘要：开缝衬套冷挤压工艺在孔的周围产生残余压应力，广泛应用于航空结构件疲劳增寿。冷挤压后孔周围的残余应力分布对预测带孔试样的疲劳寿命至关重要。针对开缝衬套冷挤压工艺构造了二维有限元模型，研究了TCA钛合金孔冷挤压后的残余应力分布，并对比了不同相对挤压量下试样中间层上最大残余压应力值，得到了初孔半径为3．175mm

2、的孔的最佳相对挤压量。关键词：冷挤压；开缝衬套；残余应力；有限元仿真中图分类号：TG37；TP391．9文献标志码：B文章编号：1671-5276(2010)03-0098-03Fil1iteElementSimulationofSplit．sleeveC0ldExpansionProcessinTCATitaniumAlloyWANGHong．da，SUHong—hua(a．CollegeofMaterialScience＆Engineering；b．CollegeofMechanicalandElectr

3、icalEngineering，NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Nanjing210016，China)Abstract：Split-sleevecoldhobbingtechnologyiswidelyusedtoimprovethefatiguelifeofstructureswithholesbycreatingbeneficialcompressiveresidualstressesaroundexpandedholes．Forpredict

4、ionoffatiguelife，itisimportantthatresidualstressesproducedf『Omthecoldhobbingtechnologyareaccuratelyknown．Inthispaper．a2-DaxisymmetricfiniteelementsimulationisconductedforthecoldhobbingofaholeinTC4plate．Thedistributionsofresidualstressesthroughthethicknessar

5、eresearchedinto．Thecom-parisonwiththemaxcompressiveresidualstressescreatedbydifferentrelativeextrusionshowsthat5％isthebestrelativeextrusionofholeswith3．175mmradius．Keywords：coldhobbingtechnology；split-sleeve；residualstresses；finiteelementsimulation于对称性，文中模型

6、为实际结构的一半。模型包括三个组成0引言部分：带孔平板试样、开缝衬套和芯棒；包括两组接触：带孔平板试样与开缝衬套之间和开缝衬套与芯棒之间。孔的开缝衬套冷挤压工艺，可在孔的周围产生残余压平板试样孑L半径，平板厚度，外径。早期研究表明，当应力，降低了孔周围应力场强度因子，阻止裂纹的萌生，提外径b足够大时(如b／a≥10)，外径的具体尺寸对残余应高飞机上带孑L结构件的抗疲劳能力”。。力的分布没有影响。平板试样由7500个单元组成。相对挤压量()是开缝衬套冷挤压工艺中最重要的为得到详细的应力梯度，将试样孔壁处单元足够

7、细化，采影响因素之一，其直接影响孑L周的残余应力分布。相对挤用如图1所示的网格划分方法J。带孔平板试样采用弹压量过小，塑性变形区域小，残余应力小，作用范围小，带塑性材料模型和各向同性的强化方式。材料参数根据仿孔结构件的疲劳寿命增益有限；相对挤压量过大，易在孔真所用材料(A12024一T351或TC4)确定。周产生裂纹等缺陷，降低此工艺带来的疲劳寿命增益。本文衬套模型的厚度t=0．152mm。芯棒模型最大钛合金因比强度高，热强度高等特点，在航空整体结半径R由孑L的初始半径a和所采用相对挤压量E，确定月构件中获得

8、大量的应用。孔的冷挤压强化工艺是该类结=(1+e，)xn—t，具体尺寸如图1所示。衬套和芯棒分构件制造中的主要工序，但目前的应用研究中尚缺乏关于别由180和62个单元组成。芯棒与衬套采用线弹性材料钛合金孔的冷挤压残余应力分布的研究。模型，弹性模量为210GPa，泊松比为0．3。本文以钛合金TC4为对象建立了二维有限元模型，为了更好的模拟实际的冷挤压过程，在衬套和试样的以相对挤压量()为变量，研究了钛