带筋薄壁构件成形制造技术的发展与展望

作为空天和武器等高端装备关键结构的带筋薄壁构件,其整体化成形制造是实现装备轻质化并提升其性能的有效途径。根据带筋薄壁构件的发展,对其进行分类,以壁板类与筒/环类构件为出发点,归纳了2类带筋构件成形制造工艺与研究进展。针对筋板类构件,概述了传统制造技术、整体加载近净塑性成形技术和局部加载近净塑性成形技术的发展历程,进一步从加工原理、技术和工装等方面对3类技术进行了综述,并对比了几种主要成形工艺的特点与构件性能的差异。对筋筒/环类构件,综述了挤压、旋压、包络成形等典型塑性成形制造工艺的最新进展,并对比了各类工艺的技术特色与拓展潜力。基于研究进展分析,总结了带筋薄壁构件成形制造技术的发展趋势与所面临的挑战。     

旋压成形损伤断裂缺陷预测研究进展

薄壁构件旋压成形中经常出现构件破裂的现象,给生产制造带来了巨大的经济损失。主要综述了旋压成形中破裂预测的研究进展及破裂预测的损伤模型的发展概况,并结合笔者的研究经历将不同损伤模型耦合到各向异性Barlat89屈服准则中,通过半隐式图形返回算法进行数值化,来实现应力、应变和损伤值等变量的更新。然后将不同断裂模型应用于各向异性2219-O铝合金剪切旋压破裂的预测,获得了不同断裂模型预测损伤值偏离其阈值不同程度的原因。最后展望了旋压成形破裂预测中仍然存在的难题和挑战。     

航天大型薄壁回转曲面构件成形制造技术的发展与挑战

薄壁曲面构件是广泛应用于航空航天等高端运载装备的关键构件。大型薄壁曲面构件成形制造技术是新一代航空航天飞行器、战略导弹和船舶等尖端装备向大型化、轻量化、高性能化、长寿命和高可靠性方向发展的迫切需要。然而,这类构件的壁薄、直径等尺寸大、曲率变化、大小尺寸极端结合,且材料轻质高强、性能要求高等,使其制造难度大。首先概述了航天领域大型薄壁回转曲面构件及其制造技术的发展历程与类型,据此针对不同类型的大型薄壁回转曲面构件制造技术综述了其应用与研究进展,然后对比分析了各制造工艺的技术特色、构件性能与发展潜力,探讨了大型薄壁回转曲面构件制造技术的未来发展趋势与面临的挑战。     

面向高性能塑性成形的多尺度建模仿真研究进展

塑性成形是利用材料的塑性产生变形从而形成一定形状并获得一定性能的工艺方法,是零部件制造不可或缺的重要途径。随着我国航空航天等领域高端装备技术的发展,其关键零部件的高精度高性能要求,迫切需要发展可计算、可设计的高性能塑性成形理论与技术,多尺度建模仿真是实现该需求的关键手段。然而,塑性成形涉及材料非线性、几何非线性和工艺非线性等复杂问题,以及力热加载、特种能场加载、组织性能演化等复杂过程,给多尺度建模仿真提出了挑战。从分析高性能塑性成形的科学问题出发,通过梳理材料多尺度变形响应特征,讨论了塑性成形多尺度建模面临的挑战。给出了近年来多尺度耦合建模仿真方面的新进展,及其在塑性成形过程多尺度响应机理分析及面向高性能的成形工艺设计中的应用,并对其发展趋势进行了展望。     

[成形过程仿真优化与集成计算材料工程]集成计算材料工程在精确塑性成形中的应用现状与发展趋势

集成计算材料工程通过模型化与计算实现对材料制备、加工和服役等过程的定量描述，成为实现力、热、电、磁、声场等单一／耦合外场作用下高性能构件精确塑性成形先进而有效的研究手段，近年来在精确塑性成形领域得到越来越广泛的应用。对集成计算材料工程在塑性成形过程多尺度建模、起皱和破裂两类缺陷预测方面的相关研究现状、主要进展及未来发展趋势进行了综述。首先论述了宏观、细观和微观三个尺度的模型在精确塑性成形领域中的应用现状，并分析了不同尺度模型间信息的传递方式；在此基础上讨论了利用集成计算材料工程研究制约精确塑性成形的起皱和破裂两类典型缺陷的预测方法，对比分析了目前主要的失稳起皱与损伤断裂模型的准确性；最后对集成计算材料工程在精确塑性成形中的未来发展趋势进行了展望。