铝合金材料非均匀表面应力的逐层构建与还原

铝合金板坯加工后表层应力呈现非均匀性,且强度高、深度浅.本文运用逐层钻孔应力释放-还原机理,通过积分法和逐层钻孔力学模型构建了材料表层加工应力-变形函数,在考虑材料各向异性条件下,用ANSYS仿真计算标定了5阶校准系数矩阵.同时,对加工表面进行逐层钻孔,孔径尺寸1.8 mm、深度20μm,使孔周围应力释放,并测量释放后应变,最后将实验应变值代入函数求得表面应力分布.计算结果表明:在材料表层100μm的深度范围,计算应力与仿真结果、XRD逐层测试结果均吻合较好,其中计算与实验结果偏差小于10 MPa,说明计算模型能较好地还原材料表层非均匀应力分布.     

铝合金薄壁件加工变形的力学模型构建与分析

航空铝合金薄壁构件加工变形与应力场分布有着直接关联.本文结合构件加工后的应力场分布特征,建立薄壁构件的应力-变形力学模型,分析其表面应力和初始应力分布对变形影响的机制,确定应力分布特征与变形特征的对应关系,完成对薄壁件变形解析函数的建立和变形不确定度计算.具体表现为:通过喷砂表面处理对铣削加工后薄壁构件的表面应力进行调节,以获得不同程度的应力-变形场分布,再借助层削法、XRD表面应力测试和三坐标形状测量试验,对不同工艺条件下构件加工变形实验值与函数解析值进行比较分析.结果显示:薄壁构件变形挠度与理论计算值偏差为3~12μm,偏差处于变形不确定度范围内,解析函数准确性得到验证.同时,力学模型与函数的分析表明,在已知此类航空铝合金薄壁构件几何形状、加工表面应力和毛坯初始应力场分布的条件下,可运用变形解析函数对构件加工变形程度进行预测性计算和分析,实现其工程应用价值.     

铝合金喷丸应力-变形的仿真分析与实验

目的 揭示喷丸处理对7075-T651铝合金材料表面应力场和形貌改变的作用机制。方法 首先利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件分别建立单颗弹丸和多颗弹丸撞击铝合金靶材的有限元模型,并在符合实验外场边界条件的前提下,获得材料表面200 μm深度的内应力分布和不同撞击次数后的表面变形情况。然后通过实验所测结果修正模型丸粒撞击参数,包括网格划分密度、丸粒撞击次数、接触速度等,并结合仿真计算结果阐述喷丸表面应力分布和变形强化层的形成机理。结果 计算与实验结果对比表明,喷丸仿真模型的计算结果与实验吻合较好。一方面,表面逐层应力分布规律与喷丸实际接近,表面应力最大偏差小于25 MPa,这说明模型中设置的喷丸强度正确。另一方面,6次弹丸撞击造成的强化层变形率小于6%,并逐步趋于稳定,这与实验中采用多次喷丸表面覆盖导致的材料硬化现象一致,从而间接说明靶材模型单元与参数设置的准确性。结论 分析认为,喷丸建模方法能够快速准确地计算出材料表面应力-变形状况,为揭示喷丸工艺对材料表面的强化规律发挥积极作用。     

铝合金薄壁构件表面加工应力的仿真与应用

为了研究薄壁构件加工变形情况,基于特定工艺实验,提出一种外场施加表面应力的建模方法。根据零件加工应力测试实验,测得试样已加工表面应力和变形。运用MSC. Marc非线性有限元软件建立了铝合金厚板热-力准耦合模型,并运用"生死单元"技术得到薄壁框架件。分析实验表面加工应力分布特征,以细化薄壁件模型表层网格,依据圣维南原理,通过对表面局部逐块施加外场力模拟真实表面应力场。将仿真计算变形与实验对比,并进行重复性验证。结果表明:模型计算与实验结果吻合较好,两者应力值偏差小于15%,变形偏差小于20%。说明针对特定表面处理工艺进行仿真时,采用局部单元施加外场力取代繁琐的材料热力-塑变铣削计算方法,可以有效提高有限元计算效率。