7075铝合金预拉伸板淬火后残余应力的有限元模拟

运用有限元软件MSC.MARC对7075铝合金板材淬火过程进行模拟.在获得淬火残余应力的基础上,假设钳口夹持区域为理想刚端,根据材料力学、金属塑性变形等基本原理,利用有限元数值模拟计算方法,建立起该状态下的预拉伸模型.模拟了不同预拉伸量和不同拉伸速度对削减毛坯淬火残余应力的影响以及计算了钳口夹持区域的锯切量.结果表明:拉伸量为3%时,残余应力消除量约为96%,锯切量为21.6%,完全符合航空铝合金厚板生产工艺的规定.     

7075铝合金厚板预拉伸模拟分析及其在淬火残余应力消除中的应用

运用有限元软件ABAQUS, 对7075铝合金板材淬火过程进行了模拟.比例件的加工变形表明淬火模拟所得的残余应力是可信的.在获得淬火残余应力的基础上, 模拟了不同预拉伸量对毛坯的淬火残余应力的消除.结果表明: 拉伸量为3%时, 毛坯产生2.1%～2.6%的永久变形, 残余应力消除量约为86%, 完全符合航空铝合金厚板生产工艺的规定.     

LY12合金预拉伸厚板残余应力的研究

分析了影响ＬＹ１２合金预拉伸厚板残余应力的因素，并找出其中的主要影响因素，针对主要影响因素采用相应生产工艺参数，使ＬＹ１２合金预拉伸厚板残余应力降低到最小值，使这种板材在进行机械加工表面时不产生翘曲变形。     

淬火-预拉伸对2A12铝合金厚板残余应力的影响

采用层削法对2A12铝合金淬火厚板在预拉伸前后的残余应力进行了测定,厚板的淬火采用阵列喷淋及水浴两种方式。结果表明:两种淬火方式在厚板内部都形成了"内拉外压"的典型分布规律;喷淋方式的淬火强度相对较低,只在厚板靠近表层的地方形成了较大的残余应力,内部靠近中面的位置残余应力水平接近于0;水浴方式淬火强度更大,在厚板整个厚度上形成了单调连续分布的残余应力;预拉伸使喷淋和水浴两种淬火板内的残余应力都大幅度消减;强度更高的淬火工艺加大了板内金属力学性能的不均匀性,减弱了残余应力消减的效果。     

降低7075铝合金厚板淬火残余应力的工艺

7075铝合金可通过淬火时效获得高强度，但它在淬火过程中会产生淬火残余应力，本文对7075铝合金厚板在不同淬火水温下，以及某一水温下淬火后经不同预拉伸量和不同时效工艺制度下淬火残余应力大小及变化规律进行了测试与分析，结果表明：随着淬火水温的升高，残余应力明显降低；水淬后随着预接拉伸量的增加，残余应力逐渐从压应力转变为拉应力，当预拉伸量约2%时，残余应力基本上趋近于零；随着时效温度升高和时效时间延长，残余应力呈下降趋势，因此，合理的淬火水温，预拉伸量以及时效制度是降低7075铝合金厚板淬火残余应力的有效工艺措施，其中尤以适当的淬火水温和预拉伸量最为有效。     

铝合金厚板淬火-预拉伸应力预测与测试

采用非线性有限元软件MSC.Marc,结合淬火和预拉伸实验,建立厚板淬火-预拉伸应力预测模型时,运X射线衍射技术的层削测试方法验证了此模型。结果表明:应力场预测模型计算结果与实验测算吻合较好,其中淬火应力平均偏差小于10%;有效的实验测试可以对有限元预测模型的建立进行改进和检验;理想假设的存在使得预测结果与实际有所偏离,但应力预测趋势仍可有效揭示厚板的应力演变规律。     

铝合金板淬火残余应力的拉伸消除方法

铝合金板材在淬火后产生很大的残余应力,使其在机械加工过程中发生变形。对淬火应力产生的原因及消除方法进行了探讨,从理论上对给定条件下的拉伸后残余应力进行分析、确认,消除残余应力的关键在于位伸过程。     

7075铝合金预拉伸板消除残余应力的试验研究

铝合金预拉伸厚板是现代航空工业的重要结构材料，但厚板淬火残余应力的存在不仅使其在机加工过程中易出现翘曲变形，而且也明显降低材料的动态使用性能加KIC、KQC、抗腐蚀和疲劳性能。对7075铝合金厚板淬火时残余应力的分布进行了试验研究，结果表明：通过控制淬火介质的温度，能有效降低淬火后厚板中的残余应力。此外，通过分析淬火过程中残余应力的产生机理，提出了两种降低淬火过程中残余应力的新方法。     

预拉伸对7075铝合金厚板残余应力分布的影响

运用有限元法对7075铝合金厚板预拉伸过程进行了数值模拟,获得了预拉伸板内部的残余应力分布,研究了预拉伸量对残余应力演变的影响.采用裂纹柔度法对淬火板和预拉伸板(拉伸量分别为1.8%、2.2%和2.5%)进行了残余应力检测,计算得到了不同工艺下铝厚板内部的残余应力分布.结果表明:预拉伸能够大幅消减淬火残余应力,当拉伸量为2.2%左右时,残余应力减少至±20MPa,能够满足后续加工的要求.     

预拉伸变形量对7055铝合金厚板表面残余应力的影响

为了系统性地研究预拉伸变形量对淬火残余应力的消减规律,采用基于cosα法的μ-X360s型X射线残余应力分析仪,表征7055铝合金厚板经不同预拉伸变形量(0%、0.5%、1.2%、1.5%、2.5%、3.3%、3.9%)的表面残余应力水平,并通过基于sin²Ψ法的X射线衍射法和钻孔法验证测试结果。结果表明:7055铝合金厚板经过固溶淬火处理后,残余应力水平较高,轧向分应力略小于横向分应力,在厚板边缘区域残余应力水平波动较大,波动区域大约在距边部27mm的位置。当预拉伸变形量为1.5%时,轧向分应力的明显减小,继续增大拉伸量,残余应力稳定在-60～-70 MPa;而当预拉伸变形量大约为1.5%时,横向分应力由压应力状态转变为拉应力状态;经超过2.5%的预拉伸变形后,残余应力稳定在20～30 MPa。     

铝合金平板焊接残余应力场分析

在铝合金焊接过程中,焊缝在瞬间加热后所产生的残余应力场是研究的主要问题.选取尺寸为400 mm×140 mm×10 mm的5052铝板作为试验对象,首先定义一条参考轴,在铝板表面设计电阻应变花的布片方案,使用φ2mm的钻头在应变花中心钻深度为2.5 mm的小孔,利用YJ-26型静态电阻应变仪测定应变花三个方向上单元的释放应变,计算出最大、最小主应力,根据第四强度理论公式计算出各个测点的等效应力.通过与焊接动态过程的数值模拟所选择路径上的残余应力分布曲线进行比较,得到了焊缝附近残余应力的变化规律.该研究结果为实际生产中制定合理的焊接工艺参数具有很好的指导意义.     

铝合金平板变极性等离子弧焊数值模拟与残余应力预测

利用有限元方法对铝合金平板变极性等离子弧焊(VPPAW)焊接过程进行了数值模拟.首先应用三维双椭球热源模型作为输入热源,对VPPAW焊接过程中的焊件温度场及应力场进行了模拟计算.高度不均匀的焊接温度场,导致构件中产生较大的残余应力.最后,对不同对接参数下的焊后平板残余应力进行了测试,并将有限元计算结果与残余应力的实测结果进行了对比,结果显示错边量的大小会对焊后残余应力产生影响;有限元模拟结果与实测结果具有很好的一致性.     

淬火温度对7075铝合金厚板残余应力的影响

对7075铝合金厚板进行固溶处理后,分别在不同的淬火水温下进行浸没淬火和喷淋淬火。运用X射线衍射法测试淬火板的表面残余应力,利用维氏硬度仪测试板表面显微硬度,研究淬火工艺及水温对铝合金厚板残余应力与力学性能的影响。结果表明:随淬火温度的升高,浸没淬火与喷淋淬火引入的表面残余压应力水平与表面显微硬度迅速下降,且在一定的温度下,前者比后者引入的残余应力水平大40%,而显微硬度仅大7%。     

7075铝厚板内淬火残余应力的形成机理分析与控制策略

残余应力在材料去除后的释放与再分布是引起飞机结构件加工变形的重要因素。而淬火过程中,铝合金厚板内部产生高温度梯度场,由其造成的不均匀塑性变形是形成淬火残余应力的关键所在。为此,通过作为表示工件与介质之间换热能力的对流换热系数,建立了淬火工艺的有限元分析模型,与实验结果的比较分析表明,无论是残余应力幅值还是分布趋势,仿真值均有很高的吻合度。在此基础上,利用有限元方法进行了淬火残余应力的形成机理,认为芯层在终滑点塑性变形结束时最终的残余应力已经形成,之后继续降温过程残余应力基本保持不变。最后以芯层终滑点为依据提出了热换系数的残余应力控性控形方法。从分析结果可知,控形区对最终残余应力的影响很大,控性区段基本不影响最终残余应力。因此,可以通过合理降低控形区邻域和增加控性区邻域内对流热换系数的方法,实现冷却速度的增加和残余应力的减少。     

厚板精密冲裁工艺过程的有限元模拟

介绍了精密冲裁的基本原理，利用商业有限元软件DEFORM^TM-2D对6mm厚度的钢板(42CrMo4)的精冲工艺进行了模拟。分析了不同压边力和凸凹模间隙对精冲断面质量和模具应力的影响关系。结果表明，数值模拟可以有效地优化厚板精冲工艺。     

铝合金厚板表面边缘应力释放的实验研究

采用X射线衍射法测试了淬火与锯切后铝合金厚板表面残余应力的边缘效应,得到了厚板表面边缘区域残余应力的分布区间和一般规律。结果表明,淬火与锯切后厚板表面边缘应力分布趋势大体相同,但淬火工艺是一种剧烈的热量交换及快速冷却过程,边缘应力分布呈现奇异性;而锯切工艺是一种可忽略热量交换的慢速应力重构过程,应力分布较为均匀。另外,应力释放范围与板厚有关,且应力释放程度受改变初始应力分布状态的工艺、板尺寸及约束方式影响。     

X射线法测量淬火铝合金厚板表面残余应力

采用无损X射线衍射技术测试了7075铝合金厚板淬火后表面残余应力水平与分布,得到了淬火铝合金厚板表面残余应力的分布区间和一般规律,分析了准直管对测试结果的影响,并与中心钻孔法得到的结果做了比较。结果表明,两种方法都能有效并正确测量构件的表面残余应力,但中心钻孔法不适合用于应力梯度大的场合,而X射线法在无应力或原始应力水平很低的场合效果欠佳。淬火铝板表面残余应力的测试结果呈正态分布,且淬火过程中边缘局部有应力释放,释放值可达40%,且此区域大小约为铝板的一个厚度。     

厚板焊接温度场和残余应力场的数值模拟

运用有限元计算软件ABAQUS,对10 mm厚钢板电子束焊接温度场和残余应力场进行了数值模拟.有限元模型中选用三维实体单元,采用非耦合方法,并考虑了材料物理性能随温度的变化和周边对流、辐射散热的影响.针对电子束焊接热源的特点采用移动体积生热的高斯锥形分布的模式来模拟匙孔效应.温度场计算结果表明,焊件热影响区狭窄.计算结果分别给出了焊缝部位上、中、下表面的纵向、横向和板厚方向残余应力分布.结果表明,焊缝区大部分区域三个位置的应力无显著差异,但是在起焊点和收焊点三处应力存在显著差异;焊缝区残余纵向拉应力分布在焊缝两侧各20mm区域,最大值达到材料屈服应力.残余应力的分布与厚板焊接理论相一致.     

预拉伸对铝合金淬火厚板变形的矫直仿真研究

针对厚板淬火不均匀导致的板材变形问题,建立了大规格铝合金厚板淬火一预拉伸矫直仿真模型,并使用MSC.MARC软件进行了矫直过程的仿真计算.结果表明,淬火变形的厚板,通过预拉伸能逐步矫直;对矫直效果,2％的拉伸量是合理的拉伸参数.