080316l-航空薄壁結構件加工變形數(shù)值仿真

1、航空薄壁結構件加工變形數(shù)值仿真1.課程案例基本信息課程案例名稱航空薄壁結構件加工變形數(shù)值仿真課程案例編號080601關鍵詞航空薄壁結構件殘余應力加工變形對應知識點加工系統(tǒng)應用2.課程案例   殘余應力是當沒有任何工作載荷作用情況下，存在于構件內部且在整個構件內部保持平衡的應力。它是由于熱處理、機械mT或其他操作過程，在工件沿截面或沿長度方向引起不均勻塑性變形的結果，它以彈性方式存在于構件內部，并保持平衡狀態(tài)。因此，可以認為殘余應力是一種固有的應力(inherent stress)，其存在狀態(tài)隨著材料性能、產生條件等得不同而異。11殘余應力的成因及分類產生殘余應力的

2、根本原因是在加工過程中被加工材料在力或溫度的影響下發(fā)生了狀態(tài)的改變，由于材料狀態(tài)的不均、不一致，使材料內部產生了應力，當零件成形后，這種應力不可能完全消失，有一部分遺留下來，成為殘余應力。殘余應力產生的原因，可以分為外部作用的外在原因，和來源于物體內部組織結構不均勻的內在原因。(1) 不均勻變形不均勻的變形狀態(tài)，是不均勻塑性變形產生的條件。外在原因：不勻勻的作用應力。例如彎曲，壓延，拉拔等。內在原因：由于物體內各部分組織的濃度差或者晶粒的位向差等，各部分顯示的不同屈服行為。(2)熱應力產生的塑性變形當加熱、冷卻過程中產生熱應力時，由于高溫下屈服強度低，在這種應力作用下易產生塑性變形。外在原因：

3、由于物體的幾何形狀不對稱、復雜等，加熱冷卻過程中各部分的熱傳導狀態(tài)不同，因而各部分顯示出溫度差。內在原因：物體內各部分的彈性模量、導熱系數(shù)、熱膨脹系數(shù)等不同，而且它們的溫度系數(shù)也不同。(3)相變或者沉淀析出引起的體積變化由于相變或者沉淀析出在物體內部產生不均勻的體積變化時，產生應力。外在原因：冷卻時，各部分的冷卻不均勻，冷卻速度也不同。因而當出現(xiàn)有完全相變終了的部分和相變尚未進行的部分時，兩者便顯示出體積變化的差異。內在原因：在具有組織結構的濃度差異時，則因相變和沉淀、析出等，所引起的體積變化的程度而不同。(4)化學變化幾乎都是由外部原因造成的。殘余應力根據(jù)其相互影響的范圍大小分為宏觀殘余應力

4、和微觀應力兩大類，具體如圖21所示。(a)宏觀殘余應力，又稱為第一類殘余應力，它是在宏觀范圍內分布的，它的大小，方向和性質等可以用通常的物理或者機械的方法進行測量。(b)微觀殘余應力屬于顯微視野范圍內的應力。依據(jù)其作用的范圍，又可以細分為兩類：微觀結構應力，或者稱為第二類殘余應力，它是在晶粒范圍內分布的；晶內亞結構應力，又稱為第三類殘余應力，它是在一個晶粒內部作用的。有關殘余應力測試的研究很早就開始了，1841年，Neuman FE發(fā)表了首篇定量研究殘余應力論文。本世紀三十年代己經在各個領域對殘余應力進行基礎性的較廣泛的研究，但是由于工藝技術和材料制造方法的改進，降低了工程界對殘余應力的注意，

5、這就是盡管很早就開展了殘余應力的研究，但是其進展一直不大的原因。隨著新工藝、新材料的應用，殘余應力對材料疲勞、斷裂的影響，以及它在工程實際中的有利作用，愈來愈為工程技術人員認識；測量技術的改進，尤其是X射線應力測量儀的廣泛應用，促進了殘余應力的研究。殘余應力的測定方法大致可以分為機械測定法和物理測定法。機械測定方法的測量原理是將具有殘余應力的部分，用一定的方法進行局部地分離或者分割，從而使殘余應力被局部釋放，測定這時的變形，然后應用彈性力學來求出殘余應力。而物理法是采用X射線和磁性的方法來求殘余應力，所以此時不需要將材料進行分離或者分割，即可以直接求得殘余應力。機械方法是以測宏觀殘余應力為對象的，而一般微觀殘余應力是用物理方法，它既能測宏觀殘余應力，又能測微觀殘余應力。機械測定法主要有小孔法、剝層法、切槽法、壞芯法。近年來，利用釋放應變來測量殘余應力的新方法是裂紋柔度法。該方法是一種破損法，最早由Vaidyanathan S和Finnie I于1971年提出，他們利用貼光彈性測量殘余應力場中同深度裂紋尖端的應力強度因子，從而推算出對平板焊縫殘余應力沿板厚的分布。這種方法是切實可行的，但測量需要專門的工具，不適合推廣到一般情形