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基于熵权综合评价法的异形管内高压成形仿真及工艺优化
董友根;徐雪峰;陈粤辉;雷小强;廖宏伟;范玉斌;为解决传统异形管内高压成形存在的效率低、壁厚不均匀以及贴膜率低等问题,提出了基于熵权综合评价法的复杂截面进气道异形管内高压成形工艺参数优化方法。首先,对零件轴线长度为812.86 mm,左端截面直径为Φ170 mm,右端截面周长为516.2 mm的异形管建立了内高压成形有限元模型。然后,采用五因素三水平的方案进行了正交试验,分析了各工艺参数对进气道异形管成形质量的影响。最后,将3个质量指标通过综合评价法转化为以综合评分为单一指标的目标优化。通过对综合评分进行极差分析,获得异形管内高压成形的优化工艺参数,最优参数组合为:内压采用先快后慢的加载路径;轴向进给采用先慢后快的加载路径;补料区摩擦因数为0.06;过渡区摩擦因数为0.01;成形区摩擦因数为0.06。最后通过内高压成形试验验证了工艺优化结果的可靠性。
局部带筋钛合金框激光熔化沉积-热拉弯复合成形多工艺联合仿真
吕海洋;李东升;张颖;李小强;李勇;针对具有局部筋条特征的变截面钛合金框类构件在低成本复合成形过程中变形精确预测问题,建立了一种结合激光熔化沉积与热拉弯的复合制造多工艺联合仿真方法,开展了典型构件激光沉积与热拉弯实验,仿真结果表明增材制造后残余应力预测误差范围为12.7%～24.3%,自阻电加热过程中温度场预测误差控制在5%以内,与未考虑初始条件的单工艺仿真相比,多工艺仿真在热拉弯成形后应力演化和应力松弛预测精度方面分别提高了65.1%和80.8%。通过考虑初始残余应力和温度分布,多工艺仿真结果表明应力松弛后回弹的精度达到93.3%。进一步,基于建立的多工艺联合仿真模型,探讨了复合制造工艺参数和筋条结构对温度分布、内应力演化及变形行为影响规律,在900 W功率下热循环特征最优,筋条厚度为25 mm、间距为250 mm时回弹量最小。
面向力学性能提升的航空发动机支撑环锻造工艺优化
熊贤卿;刘灿;苏海;吴涛;徐戊矫;针对某航空发动机用2618铝合金支撑环在热加工后其抗拉强度和疲劳寿命未达到服役性能要求的问题,首先对该铝合金支撑环截面上出现的3个组织分区进行了EBSD表征分析,通过对比晶粒形貌特征、平均晶粒尺寸、再结晶百分比、晶粒取向差分布(GOS)值和几何必须位错(GND)密度发现支撑环截面上3个组织分区的再结晶程度存在较大差异。基于所建立的铝合金支撑环热锻成形有限元模型,对原锻造工艺所获得的支撑环截面的等效应变、再结晶百分比和平均晶粒尺寸进行仿真对比,结果表明支撑环截面上3个组织分区的再结晶程度差异来源于其热锻过程的应变分布不均。针对坯料始锻温度、模锻速度和摩擦因数设计了三因素三水平的正交实验,结合数值模拟仿真对支撑环热锻工艺参数进行了优化。对工艺优化后锻造的支撑环截面再次进行了EBSD表征,截面上不同分区的晶粒组织相较于初始工艺均得到了细化。同时,对优化后的支撑环锻件开展了拉伸性能和疲劳寿命检测,其各项指标均满足设计要求。
Cu-Ag合金细-微观不均匀变形的HRDIC研究
杨晓乐;庞博;李文玉;杜三明;采用高分辨数字图像相关技术,结合半原位单轴拉伸实验,系统研究了Cu-4Ag和Cu-20Ag合金细-微观尺度的不均匀变形行为。结果表明:微观尺度下, Cu-4Ag合金滑移带主要在Cu基体内汇聚,形成间隔排列的高应变条纹; Ag颗粒阻碍滑移带扩展,并在Cu-Ag界面处形成应变集中。Cu-20Ag合金由于Ag相体积分数较高,滑移带集中形成不均匀的局部高应变区,在Ag相中表现出受阻、单侧穿透及完全穿透3种模式,存在协同变形现象。细观尺度上, Cu-4Ag合金的变形均匀性主要由Cu基体变形主导;而Cu-20Ag合金由于Ag含量较高,其变形不均匀性受异质界面影响更为显著。应变统计表明,随着变形量的增加,较软的Cu相应变均值始终高于Ag相,因此承载着更高的应变值,且持续增长的方差反映了应变的分散程度也在持续增大,即变形不均匀程度越来越高。铸态Cu-Ag合金作为异质双相材料,由于Cu相与Ag相的性质不同,二者在界面处产生应变梯度,导致界面处的几何必要位错堆积并产生背应力,引发异构诱导强化来提升材料强度。同时,该强化机制通过协调异质界面的应变分配延缓颈缩,从而协同优化了合金的强度与延展性。
0.8D弯曲半径铝合金薄壁管推-旋一体弯曲成形关键参数影响研究
刘杰;范玉斌;徐雪峰;刘杰松;肖洁;曾祥;谢君;为提升5A02铝合金小弯曲半径薄壁管的弯曲成形极限,针对Φ30 mm×1.0 mm、弯曲半径为0.8D的管坯,开展了推-旋一体弯曲成形关键参数影响研究。结合Abaqus有限元模拟与工艺实验,系统探究了管坯进给速度V1、旋轮转速V2、反推压强P及其加载路径对成形质量的影响。结果表明:降低管坯进给速度V1可有效抑制内侧起皱,当V1由15 mm·s-1减小至3 mm·s-1,内侧增厚率降低了5.1%。旋轮转速V2对改善成形质量具有关键作用,与旋轮固定形式相比,当旋轮转速增大至V2=1.5V1时,内侧增厚率降低了8.0%、输出端伸长量延长了107.8%,但继续增大V2,其改善效果趋于饱和。反推压强P需精确控制,P小于70 MPa易导致不贴模与起皱,大于70 MPa则会加剧壁厚不均并抑制材料伸长。据此确定了较优工艺窗口:在70 MPa的反推压强P下,结合D加载路径(P经线性变化在3/4管坯行程时达到最大值),可获得无缺陷、质量良好的弯管。
干涉量对CFRP螺栓连接力学性能的影响分析与数值仿真
张金煜;王盟圣;杨永泰;聚焦于干涉量这一核心工艺参数,系统探究了其对CFRP单搭螺栓连接静力与疲劳性能的双重影响规律。通过开展涵盖4种干涉水平的准静态拉伸与拉-拉疲劳试验,量化分析了干涉量对连接结构屈服载荷、失效模式及疲劳寿命的调控作用。试验结果表明,结构的静强度随干涉量增加呈单调递增趋势,疲劳寿命则呈现先增后降的非线性响应规律,并在0.6%的干涉量下达到峰值。此外,构建了考虑干涉装配效应的三维渐进损伤有限元模型,该模型耦合了三维Hashin失效准则、剩余刚度/强度退化模型及等寿命方程。仿真结果与试验数据高度吻合,精确预测了全工况下的疲劳寿命,最大误差小于3.6%,成功复现了孔周基体损伤等关键失效形貌。
机械矫正对316L焊接结构件变形和力学性能的影响
杨晨;严建文;翟华;李成;杨晨光;吉海标;对316L平板进行了焊接实验,采用三维扫描仪测量了焊接变形的分布,设计了线性加载、回程加载以及保压加载运动3种矫正策略,搭建了变形矫正实验平台,经位移闭环控制系统实现3种不同的矫正策略对比。开发了基于热弹塑性有限元法的焊接变形矫正数值模拟模型,评估了矫正方法对残余应力的影响,讨论了不同矫正策略对焊接变形和力学性能的影响。结果表明,线性加载、回程加载和保压加载策略下的最大残余变形分别为1.422、 1.158和1.852 mm。矫正过程中,靠近焊缝的高残余应力区域被显著拓宽,卸载后弹性应变部分释放,试样表面应力有效降低,而中间厚度区域仍然残留较大的残余应力。回程加载后屈服强度降低了3.47%,抗拉强度降低了1.09%,伸长率仅降低0.23%,综合性能与原始态试样更为接近。
装夹位置对铜/铝管磁脉冲辅助半固态钎焊接头氧化层去除及冶金结合的影响
芮正雷;黄尚宇;张佳旺;采用磁脉冲辅助半固态钎焊(MPASSB)方法实现了铜/铝管连接,通过构建电磁-结构-流体多场耦合模型,系统分析了装夹成形与钎焊成形过程中管件的高速塑性变形及钎料剪切流变行为。通过调控装夹位置(0、 10和15 mm分别记为H0、 H10和H15),探究其对接头连接效果的影响。结果发现:随着装夹位置增高,装夹成形后铝管与钎料间的初始间隙逐渐增大;钎焊成形阶段,管件与钎料的动态相互作用是界面氧化层去除及冶金结合的关键机制。尽管H10及H15工况下的接头压应力及钎料流速均高于H0工况,但H10与H15工况下钎料与管件的传热效率较差,导致界面氧化层去除效果及接头冶金结合质量均明显劣于H0工况。实验结果表明, H0条件下工艺参数最优,其铜侧界面由Al4.2Cu3.2Zn0.7和扩散层组成接头,未形成脆性金属间化合物。力学性能测试表明,接头剪切强度达76.4 MPa,断裂位置位于铜侧界面扩散层处。
不同能场对金属材料塑性诱导提升的技术研究现状
王新宇;霍元明;王志军;严祯荣;何涛;樊晓光;余雯翰;李志伟;王昭昭;孙乐乐;电致塑性、氢致塑性、超声波技术、激光技术以及脉冲磁场技术等先进加工技术在改善金属材料塑性方面展现出了巨大的潜力。通过精确控制加工参数和处理条件,这些技术能够在金属材料中引入局部的塑性变形,从而实现形状与性能的调控。这些技术不仅能够改善金属的成形性,还能有效提高金属材料的力学性能,如强度、延展性等,特别是在微观结构的优化方面具有显著优势。然而,尽管这些技术展示了可观的应用前景,它们仍面临着诸如能量传输效率、表面质量、加工效率和设备成本等一系列挑战。因此,未来的研究将集中于开发更加高效、可靠且具有较高性价比的加工工艺,进一步提升这些技术在金属材料塑性加工中的实际应用价值。通过优化技术参数和提升设备性能,这些先进加工技术有望在更多工业领域中得到广泛应用,为推动制造业的高效、可持续发展提供有力支持。
基于分离式霍普金森杆的铝合金板料高速冲击液压成形有限元模拟与试验研究
李旺;张团卫;常慧;赵聃;毛周朱;魏慧杰;焦志明;王志华;针对轻质合金室温塑性较差的难成形问题,利用分离式霍普金森压杆技术进行了高速冲击和高速冲击液压成形的试验设计,对5052铝合金高速冲击及高速冲击液压成形过程进行数值模拟和试验分析,研究了高速冲击液压成形过程和冲击速度、板料厚度对成形深度和效果的影响规律。结果表明:仿真和试验结果吻合较好,验证了仿真的可靠性。在5052铝合金板料高速冲击液压成形过程中,双冲击体形式存在二次加载现象,第1次冲击波达到峰值之前,板料出现“平底现象”,当反射波到达一定位置,板料深度继续增加。随着冲击速度的增加,成形深度逐渐增加;板料成形厚度的增加需要更大的冲击能量。高速冲击液压成形与高速冲击成形相比有显著优势,既可以提高成形零件的表面质量,又可以在同等成形深度要求下减小冲击速度和能量。