[发明专利]一种消减残余应力的模拟方法

说明书

本发明公开了一种消减残余应力的模拟方法，属于残余应力控制与消减技术领域。步骤一、基于铝合金力学及热物理试验，得到相关参数，建立铝合金的粘塑性本构方程；步骤二、建立消减残余应力的冷变形有限元模型；步骤三、对锻件仿真模型进行冷变形模拟；步骤四、对各工艺分布残余应力分布及演变规律进行追踪分析，确定冷模压工艺每一步的压缩量。本发明构建了一套完整的残余应力消减的研究方法与流程，并成功应用于国产大飞机大型锻件的研制，填补了国内空白；建立了一套大型厚截面铝合金锻件消减残余应力有限元模型，探索出最佳冷变形工艺参数，并应用于实际零件得到试验验证，有效解决了大规格铝合金锻件残余应力过大导致加工变形的技术难题。

技术领域

本发明属于残余应力控制与消减技术领域，具体涉及一种消减残余应力的模拟方法。

背景技术

铝合金材料的航空构件，为了适应在长期高温高压等恶劣的环境下工作，都需要进行固溶淬火热处理，提高材料的强度及抗疲劳、抗腐蚀性能。但是这会造成构件内部淬火残余应力的产生。

a)淬火残余应力导致锻件机械加工变形严重；

b)降低了材料的使用寿命，具有安全隐患；

目前国内对于航空结构件加工变形控制研究基本上是一片空白，一方面是铝合金制品残余应力产生机理研究、消减方法及抑制工艺探索、检测技术和表征方式等方面的基础研究基础均相当薄弱，多为试验室科研成果性质，距工程生产有一定偏差，无法满足解决型号生产中遇到的此类大型零件的实际需求；另一方面是机械加工的工艺技术水平也相对落后。面对国内在研和预研型号对合格大规格铝合金锻件的迫切需求,残余应力消减就更为重要。

发明内容

本发明的目的：为了解决上述问题，本发明提出了一种消减残余应力的模拟方法，建立铝合金的粘塑本构方程，采用沿宽度方向分段、沿弧长整体冷变形的局部冷模压工艺分步进行残余应力消减，有效解决了大规格铝合金锻件残余应力过大导致加工变形的技术难题。

本发明的术方案：一种消减残余应力的模拟方法，适用于复杂构型航空铝合金锻件残余应力的控制与消减，包括以下步骤：

步骤一、基于铝合金力学及热物理试验，得到相关参数，建立铝合金的粘塑性本构方程；

1)、获得铝合金材料淬火温度范围内的弹性模量、屈服强度、比热容、热传导系数；

2)、通过测量淬火过程中铝合金试块的温度变化，根据传热理论由温度变化曲线反推表面换热系数，为建立铝合金试件淬火有限元模型提供真实准确的边界条件；

3)、耦合位错密度建立统一粘塑性本构方程；

其中，

σ＝E(ε_T-ε_ρ)

ε_ρ为塑性应变，为塑性应变率，R为塑性变形中位错密度的积累引起的，其值与成正比，k、K、C、B、E均与温度有关,n₁、A、n₂是材料常数；

步骤二、建立消减残余应力的冷变形有限元模型；

所述冷变形有限元模型包括：下模仿真模型、锻件仿真模型、工件仿真模型；

所述锻件仿真模型由筋条和腹板组成，所述筋条置于腹板之上；

步骤三、对锻件仿真模型进行冷变形模拟；

采用沿宽度方向分段、沿弧长整体冷变形的局部冷模压工艺分步进行残余应力消减，先对筋条部位进行压缩，再由筋条部位向两侧同时进行冷漠压工处理；