2011CB012800G多時空脈沖強磁場成形制造基礎(chǔ)研究

項目名稱：多時空脈沖強磁場成形制造基礎(chǔ)研究首席科學(xué)家：李亮華中科技大學(xué)起止年限：依靠部門：教育部一、要點科學(xué)識題及研究內(nèi)容2.1擬解決的要點科學(xué)識題本項目針對航空航天領(lǐng)域中要點復(fù)雜板金構(gòu)件精準塑性流動控制成形、多層空心板構(gòu)造的強磁場擴散與脹形、壁板構(gòu)造強磁場引誘成形、復(fù)雜管件成形與連接等共性要點技術(shù)問題，以多時空脈沖強磁場的調(diào)控規(guī)律、耦合高能磁場與溫度場條件下的高應(yīng)變速率對組織構(gòu)造演變和內(nèi)應(yīng)力散布的影響、時空散布的力場-熱場-應(yīng)變場耦合作用及其對資料成形成性控制為探究和認識的打破點，揭露基于多時空脈沖強磁場的成形制造過程的科學(xué)規(guī)律，成立和發(fā)展控形與控性相聯(lián)合的柔性成形制造新原理和核心技術(shù)系統(tǒng)。1）多級多向脈沖強磁場的時空散布規(guī)律及其成形力場的調(diào)控傳統(tǒng)電磁成形技術(shù)所使用設(shè)施存在能量低、磁場低、線圈強度低、線圈構(gòu)造單調(diào)，沒法知足復(fù)雜構(gòu)造工件的成形成性要求，為此提出多級多向脈沖強磁場電磁成形系統(tǒng)方案，以實現(xiàn)工件多級加載、分區(qū)成形以及模具夾具電磁一體化設(shè)計。其面對的主要難點和擬解決的要點科學(xué)識題包含：研究多級多向線圈系統(tǒng)磁場與電磁力時空散布，解決電磁場、力場、溫度場和位移場間耦合剖析難題；研究高場強磁體線圈構(gòu)造優(yōu)化設(shè)計與加強技術(shù)，解決特定空間散布磁場的實現(xiàn)、線圈結(jié)構(gòu)與布局最優(yōu)化等難題；研究多模塊脈沖電源共同充放電與時序控制控制技術(shù)，解決模塊化電源與多時序控制的難題。在解決上述要點科學(xué)的基礎(chǔ)上，成立多級多向線圈高速電磁成形系統(tǒng)理論與方法。2）多時空脈沖強磁場作用下資料流動規(guī)律及成形成性控制在多時空脈沖強磁場作用下，金屬資料不單產(chǎn)生高應(yīng)變速率變形，同時還存在著時空散布的力場-溫度場-應(yīng)變場間的互相作用，這將使金屬資料的塑變流動行為及性能發(fā)生明顯的變化，并存在著與準靜態(tài)變形不一樣的缺點生成和湮滅機制，是一個高度非線性的瞬態(tài)問題。揭露這一過程的科學(xué)規(guī)律，是實現(xiàn)輕金屬材料的成形成性制造的基礎(chǔ)。其面對的主要難點和擬解決的要點科學(xué)識題包含：材料特征、工件形狀、成形力及成形速度等都會影響塑性流動的平均性，研究金屬資料的本構(gòu)模型、塑變流動規(guī)律、金屬資料連結(jié)的界面擴散體制、以及金屬資料成形過程中的缺點生成和湮滅體制；商討成形過程中剩余應(yīng)力的散布與控制方法、資料平均性流動控制方法、以及成形精度控制方法；研究多時空脈沖對成形構(gòu)件服役性能的影響；建立高應(yīng)變速率及多場耦合下的金屬資料成形過程的物理模型，并經(jīng)過數(shù)值模擬技術(shù)，實現(xiàn)電磁成形工藝的優(yōu)化。3）脈沖強磁場驅(qū)動下資料高速變形的微觀構(gòu)造演變與控制資料在脈沖強磁場作用下成形是在電磁場、渦流場、溫度場和力場的交互作用下的高速變形，資料的變形行為既不一樣于準靜態(tài)下的低速變形，也不一樣于慣例的由單調(diào)力場作用的高速變形（如Hopkinson桿實驗），特別是關(guān)于高溫變形，強磁場擁有促使固態(tài)相變和加強原子固態(tài)擴散過程的效應(yīng)。所以，在多場作用下，金屬資料高速變形會將產(chǎn)生不一樣慣例的構(gòu)造變化，這些構(gòu)造變化從而影響電磁成形后零零件的服役性能。所以需要研究資料在脈沖強磁場作用下的微構(gòu)造特點，成形工藝對資料組織構(gòu)造的影響，如位錯的萌發(fā)與運動、孿晶、剪切帶、亞構(gòu)造的形成條件與影響要素；研究電磁高速變形下剩余應(yīng)力形成機理、影響要素、及其在服役過程中的穩(wěn)固性；研究電磁連結(jié)過程中的原子擴散行為及異類資料的復(fù)合機理；研究電磁成形中資料的斷裂行為與無效體制。經(jīng)過對典型構(gòu)造件在電磁高速變形下組織構(gòu)造的系統(tǒng)剖析，揭露金屬資料在脈沖強磁場作用下的變形機理。經(jīng)過對在不一樣工藝下成形，擁有不一樣微構(gòu)造特點的成形件的力學(xué)性能測試，成立電磁成形工藝－微觀構(gòu)造－宏觀力學(xué)性能三者之間的關(guān)系，為脈沖強磁場成形系統(tǒng)設(shè)計及成形工藝的優(yōu)化供給理論指導(dǎo)。2.2主要研究內(nèi)容1）多級多向脈沖強磁場系統(tǒng)構(gòu)造布局優(yōu)化及設(shè)計準則研究傳統(tǒng)電磁成形能量低、成形能力有限，難以實現(xiàn)大尺度、復(fù)雜構(gòu)件的高精度成形，為此，提出成立多級多向脈沖強磁場電磁成形系統(tǒng)。針對不一樣成形構(gòu)造，研究磁場與電磁力時空散布規(guī)律，提出磁場與電磁力特準時空散布的實現(xiàn)方法；研究在不一樣材質(zhì)與不一樣構(gòu)造中，磁場穿透與渦流在工件及模具中的散布規(guī)律；揭示工件運動及變形過程中磁能與動能變換關(guān)系；研究實現(xiàn)上述功能的多級多向脈沖強磁場系統(tǒng)建模，提出高場強電磁線圈以及高功率密度、高靠譜性模塊化脈沖電源與時序控制系統(tǒng)設(shè)計；成立多級多向線圈高速電磁成形系統(tǒng)理論與方法。具體研究內(nèi)容包含：多級多向線圈系統(tǒng)及磁場時空散布與電磁力的調(diào)控復(fù)雜構(gòu)造中磁場穿透、渦流散布以及能量變換規(guī)律多級多向脈沖強磁場系統(tǒng)建模與設(shè)計準則高性能、輕量化構(gòu)件多時空脈沖強磁場可工程應(yīng)用的集成科學(xué)基礎(chǔ)研究2）多時空脈沖強磁場作用下的資料宏觀成形過程的基礎(chǔ)問題研究針對航空航天領(lǐng)域輕質(zhì)合金板管零件變形量大、資料成形性能差，致使慣例成形方法難以精準成形等問題，系統(tǒng)睜開輕合金在多時空脈沖強磁場下迅速成形的機理、特點、性能影響體制和影響規(guī)律等基本問題的研究。環(huán)繞要點科學(xué)識題，成立金屬資料在高速變形下的本構(gòu)模型，揭露塑變流動規(guī)律，掌握金屬資料連結(jié)的界面擴散體制、以及金屬資料成形過程中的缺點生成和湮滅體制；研究脈沖強磁場作用下的構(gòu)件內(nèi)應(yīng)力演化及剩余應(yīng)力散布規(guī)律，成立壁板脈沖強磁場加強、調(diào)形與成形及其路徑規(guī)劃的理論方法；研究多時空脈沖對成形構(gòu)件服役性能的影響，探究高速成形過程控制方法，實現(xiàn)成形工藝優(yōu)化。詳細研究內(nèi)容以下：多時空脈沖強磁場作用下的資料塑性流動行為及其精準成形控制多時空脈沖強磁場驅(qū)動資料超塑性流動及超塑/擴散連結(jié)機理時空脈沖強磁場引誘資料流動的精準調(diào)形與調(diào)性多時空脈沖強磁場驅(qū)動資料局部流動行為及復(fù)合界面控制3）電磁驅(qū)動高速變形下資料的微觀構(gòu)造演變規(guī)律及性能研究針對我國航空航天運載器常用的典型鋁合金及鈦合金，系統(tǒng)研究這兩類資料在電磁高速變形條件下微構(gòu)造特點及變形機理，以及微觀構(gòu)造對資料力學(xué)性能的影響規(guī)律。要點研究典型鋁合金和鈦合金在電磁高速變形作用下不一樣晶體缺點（位錯、孿晶、絕熱剪切帶）的形成條件及影響要素，研究電磁驅(qū)動下渦流和溫度的交互作用對資料的變形行為和微觀組織構(gòu)造的影響；研究電磁高速變形作用下資料的斷裂行為無效體制。別的，經(jīng)過對在不一樣工藝下成形，擁有不一樣微構(gòu)造特點的成形件的力學(xué)性能測試，成立成形工藝-組織構(gòu)造-資料性能之間的關(guān)系。主要研究內(nèi)容包含：電磁驅(qū)動高速變形下的資料微構(gòu)造演變規(guī)律及變形機理電磁驅(qū)動高速變形下資料微構(gòu)造的溫度響應(yīng)規(guī)律電磁驅(qū)動高速變形下資料的斷裂行為及無效準則電磁高速成形后資料的力學(xué)性能與微觀構(gòu)造的關(guān)系二、預(yù)期目標3.1整體目標針對脈沖強磁場成形技術(shù)在板管零件制造方面的巨大技術(shù)優(yōu)勢和基礎(chǔ)單薄的現(xiàn)狀，環(huán)繞我國航空航天運載器對高性能、高靠譜性板管構(gòu)件重要需求，經(jīng)過對多級多向脈沖強磁場成形技術(shù)裝備原型的創(chuàng)新設(shè)計，全面揭露多時空脈沖強磁場作用下的塑性流動、擴散復(fù)合及組織構(gòu)造演變等科學(xué)規(guī)律，成立以控形與控性相聯(lián)合的脈沖強磁場柔性成形制造新原理和核心技術(shù)系統(tǒng)，實現(xiàn)傳統(tǒng)電磁成形的協(xié)助成形向超凡能場驅(qū)動下的精準塑性流動控制的直接成形的躍升，實現(xiàn)我國板管零件成形制造能力的打破與超越，適應(yīng)復(fù)雜、高性能、大尺寸以及難變形資料板管零件的成形成性要求，強有力地支撐國家安全與公民經(jīng)濟的可連續(xù)發(fā)展。3.2五年預(yù)期目標1）理論研究方面：完美并成立多時空脈沖強磁場成形制造的理論系統(tǒng)，解決復(fù)雜板管零件成形制造過程的科學(xué)識題，揭露電磁驅(qū)動高速變形下資料的微觀構(gòu)造演變規(guī)律及變形體制，使我國的多時空脈沖強磁場成形制造研究水平躋身國際前列。（1）成立多時空脈沖電磁力場的設(shè)計理論與方法，在多場耦合剖析及特定成形力場的設(shè)計、高強度磁體設(shè)計與構(gòu)造優(yōu)化、多模塊電源與時序控制等理論分析與設(shè)計方面獲得打破；（2）揭露多時空脈沖強磁場對資料大變形過程的塑性流動及其缺點形成的影響規(guī)律，揭露成形零件形狀與質(zhì)量與電磁成形工藝參數(shù)和電磁力場時空散布間規(guī)律，發(fā)展一種復(fù)雜板金構(gòu)件精準塑性流動控制成形方法。（3）揭露多時空脈沖強磁場的加載作用與路徑對小變形過程的變形幾何學(xué)規(guī)律的影響規(guī)律，說明脈沖強磁場作用下的構(gòu)件內(nèi)應(yīng)力演化及剩余應(yīng)力散布規(guī)律，成立鑒于偏差賠償反應(yīng)的零件外形調(diào)控方法，發(fā)展一種鑒于調(diào)形調(diào)性的壁板和蒙皮構(gòu)造的抗疲憊制造方法。（4）揭露強磁場驅(qū)動作用下資料超塑性流動規(guī)律和界面擴散行為規(guī)律，闡明磁場、溫度場和力場耦合作用下的超塑性變形微觀組織和缺點演變規(guī)律，揭露多場耦合作用對超塑變形體制和擴散動力學(xué)的影響，提出利用強磁場驅(qū)動作用下的空心構(gòu)造制造新方法。（5）揭露脈沖強磁場對資料局部塑性流動及其缺點形成的影響規(guī)律，提出異型管材零件脈沖強磁場成形制造新方法。（6）說明電磁驅(qū)動高速變形下資料的微觀構(gòu)造演變規(guī)律，揭露資料在多場交互作用下的高速變形機理和斷裂無效體制。2）技術(shù)應(yīng)用方面：為我國航空航天運載器中的一些要點板管零件的高性能、高效率和高質(zhì)量制造供給核心技術(shù)，成立復(fù)雜板管零件多時空脈沖強磁場制造技術(shù)系統(tǒng)，獲得原創(chuàng)性的研究成就。（1）成立多級多向電磁成形系統(tǒng)理論與方法，打破多級多向脈沖強磁場設(shè)計與制造的要點技術(shù)，創(chuàng)立多級多向脈沖強磁場成形技術(shù)裝備原型，可供給大于40特斯拉的磁場強度，電源能量不低于1000kJ，能實現(xiàn)三級以上脈沖強磁場的控制，并擁有電磁協(xié)助加熱、電磁成形、電磁壓邊和工裝一體化功能，實現(xiàn)對高性能復(fù)雜板管零件的成形制造試驗及控制，為睜開脈沖強磁場成形技術(shù)研究確立基礎(chǔ)。（2）打破多時空脈沖強磁場作用下大尺寸、高妙徑比、強塑性流動的筒形構(gòu)造零件成形制造的要點技術(shù)，并在某導(dǎo)彈蒙皮制造中獲取考證。（3）打破多時空脈沖強磁場作用下大尺寸、小曲率、弱塑性流動的壁板或蒙皮構(gòu)件成形成性制造的要點技術(shù)，并在大型客機機身蒙皮制造中獲取考證。（4）打破強磁場與電場交互作用下多層空心構(gòu)造制造的要點技術(shù)，并在某飛機艙門構(gòu)造單元件的制造中獲取考證。3）論文、人材方面：（1）發(fā)布論文180篇以上，此中SCI和EI收錄100篇以上，撰寫專著1～3本，申報專利15~25項。（2）培育一批在脈沖強磁場成形及有關(guān)領(lǐng)域的中青年學(xué)術(shù)帶頭人，浮現(xiàn)出一批優(yōu)異中青年人材，包含博士后、博士和碩士100名左右，造就一支擁有重要國際影響的成形制造研究隊伍，在此基礎(chǔ)上，爭取1個國家創(chuàng)新團隊。三、研究方案4.1整體研究思路整體研究思路如圖1所示。成形新技術(shù)需求航空航天運載器：導(dǎo)彈蒙皮、多層空心構(gòu)造、整體壁板、異型管件等成形要求：·平均大塑性變形·減小回彈·精準控形控性·輕量化、長壽命·高靠譜性、低成本多時空脈沖強磁場成形制造：實現(xiàn)復(fù)雜、大尺寸以及難變形資料板管零件的成形成性制造。

要點科學(xué)識題多級多向脈沖強磁場的時空散布規(guī)律及其成形力場的調(diào)控多時空脈沖強磁場作用下資料流動規(guī)律及成形成性控制脈沖強磁場驅(qū)動下資料高速變形的微觀構(gòu)造演變與控制

主要研究內(nèi)容·多級多向脈沖強磁場系統(tǒng)構(gòu)造布局優(yōu)化及設(shè)計準則·多時空脈沖強磁場作用下的資料塑性流動行為及其精準成形控制·多時空脈沖強磁場驅(qū)動資料超塑性流動及超塑/擴散連結(jié)機理·多時空脈沖強磁場誘導(dǎo)資料流動的精準調(diào)形與調(diào)性·多時空脈沖強磁場驅(qū)動資料局部流動行為及復(fù)合界面控制·電磁驅(qū)動高速變形下資料的微觀構(gòu)造演變規(guī)律及性能

源泉創(chuàng)新成就揭露多時空脈沖強磁場作用下的金屬資料塑性流動、擴散復(fù)合、組織構(gòu)造演變等科學(xué)規(guī)律。多時空脈沖強成立鑒于多時空脈沖強磁場的柔磁場性成形成性制造成形新原理、新理論制造、新系統(tǒng)。裝備原型打破復(fù)雜難成形板管件成形制造技術(shù)瓶頸，在某導(dǎo)彈、大飛機的蒙皮和艙門等單元構(gòu)造件中得到考證。電磁成形從“傳統(tǒng)的協(xié)助成形”向“整體直接成形”躍升理論源泉

多科學(xué)交錯：制造科學(xué)、電磁學(xué)、力學(xué)、資料科學(xué)、物理學(xué)、信息科學(xué)數(shù)字化建模-仿真-實驗考證：理論剖析、數(shù)字化仿真、物理模擬、試驗考證圖1整體研究思路項目針對航空航天用輕質(zhì)合金深沖型構(gòu)件、壁板類構(gòu)件、管類構(gòu)件和空心構(gòu)件等要點零件成形制造的科學(xué)識題，成立多時空脈沖強磁場成形制造裝備原型，環(huán)繞復(fù)雜板金構(gòu)造精準塑性流動控制成形、多層空心構(gòu)造超塑擴散連結(jié)與脹形一體化制造、蒙皮壁板構(gòu)造控形控性、異型管材零件成形等要點共性技術(shù)研究，在多級多向脈沖強磁場的時空散布規(guī)律及其成形力場的調(diào)控、多時空脈沖強磁場作用下的金屬資料流動規(guī)律及成形成性控制、金屬資料在電磁成形過程中的微觀結(jié)構(gòu)演變及性能變化規(guī)律等基礎(chǔ)科學(xué)識題方面獲得打破，揭露鑒于多時空脈沖強磁場的成形制造過程的科學(xué)規(guī)律，成立和發(fā)展控形與控性相聯(lián)合的柔性成形制造新原理和核心技術(shù)系統(tǒng)，加強航空航天板管類要點零件的成形制造能力，提升我國的高端成形加工技術(shù)水平，知足國家重要戰(zhàn)略工程發(fā)展的需要。4.2研究技術(shù)路線1）多級多向脈沖強磁場系統(tǒng)集成及其時空散布研究針對輕質(zhì)合金資料、大尺度與復(fù)雜工件高精度的成形難點，研究技術(shù)路線為：第一研究多級多向脈沖強磁場系統(tǒng)理論剖析與建模，揭露多線圈系統(tǒng)磁場與電磁力時空散布規(guī)律，并進一步說明磁場穿透、渦流在工件及模具中的散布規(guī)律、工件運動及變形過程中磁能與動能變換關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，提出高場強脈沖電磁線圈以及高功率密度、高靠譜性模塊化脈沖電源與時序控制系統(tǒng)設(shè)計方案，成立多級多向線圈高速電磁成形系統(tǒng)理論與方法。在電磁場理論剖析和電磁力時空散布設(shè)計方面，針對成形對象的機電特征、構(gòu)造等特點，剖析所需電磁力散布、大小，反演出磁場與渦流散布要求，并進一步提出線圈系統(tǒng)與電源設(shè)計方案。在此基礎(chǔ)上，成立全系統(tǒng)理論仿真剖析模型，對成形過程中的磁場、渦流、電磁力等參數(shù)進行考證，提出最優(yōu)化構(gòu)造布局與設(shè)計準則研究。多時空脈沖強磁場系統(tǒng)采納多個磁體線圈、多套脈沖電源的系統(tǒng)方案。線圈按早先設(shè)計的地點進行部署，每套線圈由一套脈沖電源獨立供電，成形過程中，每套脈沖電源依據(jù)其對應(yīng)線圈產(chǎn)生磁場的方向與功能不一樣而在時序上獨立控制，從而實現(xiàn)磁場與電磁力的時空散布控制，在資料的變形過程中施加多級多向的電磁力，以適應(yīng)復(fù)雜、高性能、大尺寸以及難變形資料板管零件的成形要求。磁體線圈采納高強高導(dǎo)資料繞制、高強度纖維加強的散布式加固構(gòu)造，所產(chǎn)生的磁場可到40特斯拉以上。電源采納自愈型金屬化膜電容器，實現(xiàn)高靠譜性、高儲能密度和小型化設(shè)計。電源電源電源電源模具工件模塊1模塊2模塊3模塊4一級渦流線圈電路時序控制系統(tǒng)二級渦流線圈電路一級電二級電一級渦二級渦磁力線磁力線流線圈流線圈圈圈電源系統(tǒng)原理圖一級電磁力線圈電路二級電磁力線圈電流

123i一級電磁力線圈電流一級渦流線圈電流二級渦流線圈電流

二級電磁力線圈電路多級多向電磁成形原理圖t線圈電流圖2兩級兩向脈沖強磁場成形系統(tǒng)表示圖圖2為兩級兩向成形系統(tǒng)表示圖，其工作原理為：一、二級渦流線圈主要產(chǎn)生與工件垂直的短脈沖磁場，在工件中感覺渦流；一、二級電磁力線圈主要產(chǎn)生與工件平行的長脈沖磁場，與工件中的渦流互相作用形成電磁力推進工件向模具運動。開端時刻，觸發(fā)一級渦流線圈和一、二級電磁力線圈，工件在電磁力作用下由開端地點1變形到地點2，因為一級渦流線圈與工件的距離增添，渦流減小，此時啟動二級渦流線圈增添工件中的渦流，使其在一、二級成形線圈的作用由地點2連續(xù)運動到地點3與模具接觸，實現(xiàn)最后成形。該方案中，依據(jù)產(chǎn)生渦流與產(chǎn)生電磁力的不一樣功能，垂直場與平行場分別由不一樣線圈產(chǎn)生，能實現(xiàn)獨立設(shè)計與控制；渦流線圈將一個大線圈分為一、二級兩個小線圈，既減小了電路的時間常數(shù)，簡單實現(xiàn)短脈沖，從而在工件中產(chǎn)生強渦流，同時又能依據(jù)工件的位置分時序控制產(chǎn)生渦流；電磁力線圈的地點依據(jù)工件成形要求部署，保證工件中連續(xù)的電磁力作用。2）鑒于多時空散布脈沖強磁場成形制造技術(shù)針對多時空脈沖強磁場的電磁成形制造技術(shù)，研究技術(shù)路線為：第一經(jīng)過實驗研究的方法，揭露金屬資料在電磁力驅(qū)動和多場耦合作用下的塑變流動行為以及金屬資料連結(jié)界面擴散行為；在此基礎(chǔ)上，成立電磁力作用下的金屬資料的流動模型和缺點表征模型，實現(xiàn)金屬資料電磁成形過程的有限元模擬，以揭露電磁成形的普適規(guī)律；而后，進一步研究多時空散布脈沖強磁場作用下的資料流動規(guī)律，以及成形構(gòu)件的服役性能和力學(xué)性能變化規(guī)律，建立多時空脈沖強磁場的隨形散布模型和時序控制模型，以實現(xiàn)成形成性制造。在大變形塑變流動控制成形方面，將鑒于金屬資料在電磁力作用下的塑性流動規(guī)律，經(jīng)過抽象幾何特點，商討資料的塑形流動過程與幾何特點間的關(guān)系；通過不一樣的分時加載時間間隔，研究電磁力的作用時序?qū)Y料流動的影響，并商討電磁力與慣性力的互相作用體制。以ANSYS為平臺，成立有限元剖析模型和數(shù)值計算方法，并經(jīng)過物理模擬考證和優(yōu)化調(diào)整剖析模型。采納神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實現(xiàn)鑒于有限元剖析的電磁成形工藝優(yōu)化，并成立多時空脈沖強磁場時空散布模型與幾何特點的對應(yīng)關(guān)系。在強磁場驅(qū)動超塑性流動和擴散連結(jié)方面，在磁場環(huán)境中，采納高溫拉伸試驗和擴散連結(jié)試驗，研究試驗參數(shù)對超塑性流動規(guī)律和界面擴散行為的影響，采用小型試樣進行超塑脹形試驗，研究雙向應(yīng)力狀態(tài)下的超塑性流動規(guī)律，應(yīng)用現(xiàn)代剖析手段和理論剖析，研究界面元素擴散規(guī)律及動力學(xué)；依據(jù)空心構(gòu)造特點，協(xié)調(diào)設(shè)計磁力擴散、磁力脹形和加熱單元方案，將線圈部署于需要連結(jié)的地點，利用電磁力實現(xiàn)連結(jié)與擴散。同時，在相鄰兩板上施加反向電流，依靠電磁力實現(xiàn)板件脹形。在強磁場引誘小變形流動成形方面，采納小型試樣試驗，研究磁場力散布、加載路徑和磁場參數(shù)等對變形特點和組織性能變化；采納光學(xué)無接觸丈量等數(shù)字化外形丈量方法，研究工藝參數(shù)與實質(zhì)外形偏差和理論零件外形之間的內(nèi)在規(guī)律，成立零件外形的調(diào)控方法；應(yīng)用現(xiàn)代測試手段研究內(nèi)應(yīng)力演化、剩余應(yīng)力分布和微觀組織演化規(guī)律；依據(jù)壁板單元試驗件的構(gòu)造特點，經(jīng)過睜開磁場散布、加載路徑和磁場參數(shù)等設(shè)計與試驗，研究工藝參數(shù)對壁板單元件的內(nèi)應(yīng)力場和外形精度等的影響。在研究強拘束條件下局部金屬電磁流動成形與連結(jié)方面，采納平面脹形和管材試驗研究強磁場作用下的金屬局部流動規(guī)律，評論缺點及其形成體制。在獲取有關(guān)規(guī)律的前提下，優(yōu)化磁場時空特征參數(shù)和外場拘束參數(shù)實現(xiàn)異形管件的成形與控制。在復(fù)雜金屬管件連結(jié)成形方面，采納螺線管線圈，利用磁場與金屬管中渦流之間的互相作使勁將外管推向內(nèi)管，從而實現(xiàn)連結(jié)。在金屬管復(fù)合方面，將經(jīng)過螺線管線圈部署，實現(xiàn)脹形復(fù)合和縮徑復(fù)合兩種加工模式。3）電磁高速變形微構(gòu)造特點及變形機理研究在電磁高速變形資料微構(gòu)造特點和變形機理的研究方面，以典型Al合金和Ti合金為對象，以單軸拉伸/壓縮實驗以及簡單脹形（Bulge）實驗為標準，研究電磁高速變形規(guī)律。經(jīng)過磁場強度和脈寬的調(diào)控，實現(xiàn)應(yīng)變率、應(yīng)變量和渦流大小的變化，研究應(yīng)變率、因變量和渦流對資料變形行為的影響。為了防止渦流的趨膚效應(yīng)付變形的不平均性影響，我們擬利用Hopkinson桿標準實驗，并在樣品上施加脈沖電流，以說明脈沖電流對資料高速變形行為和微構(gòu)造的影響。借助SEM、TEM（HRTEM）、XRD等先進的微觀剖析手段研究資料在高速變形后的晶體缺點特點和演變規(guī)律，從而揭露電磁高速變形的微觀機理。借助XRD極圖剖析技術(shù)，研究資猜中的織構(gòu)現(xiàn)象。一般認為，電磁高速變形下絕熱剪切帶以及微裂紋的形成可能源于微孔洞的產(chǎn)生，為此，采納正電子湮滅技術(shù)研究資料在高速變形過程中的空位及微孔洞的形成及齊集過程，揭露電磁高速變形資料的斷裂機制。采納數(shù)值模擬方法剖析電磁高速變形裂紋尖端應(yīng)力場合應(yīng)變場的散布，以及高速變形產(chǎn)生的彈性波對裂紋擴展的擾動效應(yīng)，成立電磁高速變形的資料的無效準則。別的，經(jīng)過資料在變形過程中的熱力學(xué)計算和動力學(xué)剖析，從理論上剖析各樣晶體缺點的形條件，成立缺點演變的晶體學(xué)模型。最后，經(jīng)過對在不一樣工藝下成形，擁有不一樣微構(gòu)造特點的成形件的力學(xué)性能測試，成立成形工藝-微觀結(jié)構(gòu)-力學(xué)性能之間的關(guān)系。4.3可行性剖析本項目最實質(zhì)的創(chuàng)新在于：在金屬資料成形過程中，經(jīng)過多時空散布的脈沖強磁場，對金屬資料施加不一樣時序和空間上的電磁力，從而控制資料的流動和擴散過程，實現(xiàn)金屬資料的成形成性制造。當前，脈沖強磁場理論和技術(shù)的發(fā)展，為實現(xiàn)脈沖強磁場的多時空散布，從而控制電磁力的時空散布供給了理論和技術(shù)支撐；而力是驅(qū)動資料流動成形的基礎(chǔ)，能夠控制力的散布及其作用的時序就能控制資料的流動。所以，不論從原理上仍是技術(shù)支撐上本項目都是可行的。本項目主假如針對航空航天領(lǐng)域輕質(zhì)合金板管類零件的成形制造問題睜開的。其要點難點包含：在板管類零件的電磁成形（連結(jié)）過程中，脈沖強磁場與資料間的互相作用存在著動向的非線性關(guān)系，一定對多級脈沖強磁場進行高效精確的時序調(diào)控，才能形成驅(qū)動板管類零件成形（連結(jié)）的有效勞場散布；資料的變形（擴散）過程中關(guān)系著復(fù)雜的電磁場-力場-溫度場-應(yīng)變場的多場耦合作用，直接限制著成形（連結(jié)）質(zhì)量和性能，一定對整個成形過程進行有效的展望和控制。項目構(gòu)成員單位的工作累積，為解決上述要點難點問題確立了優(yōu)異的基礎(chǔ)。華中科技大學(xué)依照國家脈沖強磁場科學(xué)中心的技術(shù)優(yōu)勢，建立了多線圈系統(tǒng)的建模和數(shù)值模擬技術(shù)，實現(xiàn)了對電磁場、渦流場、溫度場、力場及位移場的耦合剖析，開發(fā)了擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的剖析軟件。在線圈研制方面，采納散布式加固等技術(shù)實現(xiàn)了一系列50~75特斯拉不一樣種類脈沖磁體線圈。在多級線圈方面，項目首席科學(xué)家李亮教授成功研制出兩級脈沖磁體線圈，將其應(yīng)用于荷蘭自由電子激光器，實現(xiàn)世界首臺脈沖磁場盤旋共振裝備，并參加美國國家強磁場實驗室四級脈沖磁系統(tǒng)統(tǒng)的線圈系統(tǒng)研制開發(fā)，成功實現(xiàn)89特斯拉的世界最高場強。在高功率密度、高靠譜性模塊化脈沖電源與時序控制系統(tǒng)方面，已采納高儲能密度電容器、光觸發(fā)晶閘管開關(guān)等技術(shù)，實現(xiàn)了15個1MJ/25kV/50kA模塊的電容型脈沖電源系統(tǒng)。每個模塊都有獨立的充電系統(tǒng)和放電開關(guān)，全部模塊的充、放電由裝置的控制系統(tǒng)按早先設(shè)定的時序來實行，為解決多級多向脈沖電磁成形的電源與控制技術(shù)難題確立了基礎(chǔ)。中航工業(yè)北京航空工程制造研究所、北京航空航天大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)等單位，先后采納沖壓成形、旋壓成形、彎管成形、超塑成形與超塑成形/擴散連結(jié)技術(shù)、噴丸成形和時效成形技術(shù)分別制造出了航空航天運載器的大型板金構(gòu)造件、復(fù)雜管件、空心構(gòu)造和整體壁板等要點構(gòu)件，對現(xiàn)有成形制造技術(shù)存在的問題有深刻的理解，從而使項目組能夠很好地掌握研究方向，明確需求，攻陷要點科學(xué)識題和技術(shù)難題。哈爾濱工業(yè)大學(xué)是我國最早從事電磁成形制造技術(shù)研究的單位之一，近三十年來系統(tǒng)地研究了管脹形、縮徑與連結(jié)，平板成形與沖裁，高強度鉚釘?shù)蛪弘姶陪T接等典型工藝及典型線圈構(gòu)造。研制開發(fā)了電磁成形機十余臺，用于國內(nèi)多家單位的實驗研究和生產(chǎn)，為我國航天型號艙體的精細成形研制了電磁校形裝置和工藝，明顯提升形位和尺寸精度，為后續(xù)數(shù)控加工及裝置精度供給必需保證。研制的電磁翻孔工藝解決了航天發(fā)動機管路系統(tǒng)中大批使用的三通、四通鋁合金接頭的成形難題。在異種金屬管電磁成形機械連結(jié)的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)進行了鋁合金-碳鋼管電磁成形連結(jié)的動向響應(yīng)，已獲取較高質(zhì)量的冶金連結(jié)接頭。此外，華中科技大學(xué)在板料成形過程的數(shù)值模擬技術(shù)方面已睜開了系統(tǒng)深入地研究，在板材大變形塑性流動成形過程的數(shù)學(xué)模型成立、逆算法求解技術(shù)、動力顯示算法求解技術(shù)等方面累積了大批成就，并在航空航天、汽車等領(lǐng)域大型復(fù)雜板金零件成形制造中獲取應(yīng)用，獲取國家科技進步二等獎。與此同時，華中科技大學(xué)在自然科學(xué)基金等項目的支持下，已經(jīng)深入睜開了變速變載條件下的板料成形行為的研究工作，以及電磁成形過程的建模和數(shù)值模擬研究，并以ANSYS為模擬平臺，成立了電磁成形過程的三維有限元剖析模型和數(shù)值計算方法，實現(xiàn)了電磁場和構(gòu)造場的一致耦合剖析。西北有色金屬研究院是我國輕合金資料的研究與開發(fā)基地，在鈦合金環(huán)形氣瓶、鈦合金燃料儲箱、鈦合金錐形件、高精度鈦管、鈦合金毛細管、鈦合金板材及鈦∕鋼復(fù)合板等加工和成形制造方面累積了豐富的研制和生產(chǎn)經(jīng)驗。中科院物理研究所在金屬資料微構(gòu)造演化、裂紋形核與擴展、斷裂機理、構(gòu)造相變、物性等做出了一系列有特點和國際影響力的工作，受到國內(nèi)外同行的重視和關(guān)注。上述研究工作表示，項目組已經(jīng)具備了各項研究內(nèi)容的理論基礎(chǔ)和技術(shù)能力，為達成本項目的各項研究內(nèi)容，達到本項目研究目標，供給了堅固的保障。4.4創(chuàng)新和特點1）特點（1）本項目提出的脈沖強磁場成形制造技術(shù)是一項綠色柔性先進制造技術(shù)，加工過程無生態(tài)污染，脈沖力無需經(jīng)過傳力介質(zhì)施加于板料，且脈沖成形力和約束力可依據(jù)變形狀況無級調(diào)整，并可依據(jù)零件金屬流動特點在空間上施加有益于變形進行的脈沖力，降低了成形過程的摩擦效應(yīng)和不平均變形，明顯提升資料的變形極限，有益于難變形資料的復(fù)雜構(gòu)造成形。（2）多時空脈沖強磁場成形制造技術(shù)是一項包含資料科學(xué)、塑性加工、電磁學(xué)、力學(xué)、控制科學(xué)和計算機科學(xué)在內(nèi)的多學(xué)科交錯的創(chuàng)新技術(shù)，既是電磁學(xué)領(lǐng)域的新課題，也是先進制造技術(shù)和資料領(lǐng)域的新方向。（3）本項目是以多級多向脈沖強磁場為核心，并用電磁力代替現(xiàn)有板管零件制造技術(shù)的施力介質(zhì)，能夠衍生出一批板管零件成形的新方法，擁有扇形輻射帶動作用，經(jīng)濟技術(shù)效益巨大。2）創(chuàng)新（1）提出了多級多向脈沖強磁場電磁成形系統(tǒng)以及以電磁力取代傳統(tǒng)機械夾具的創(chuàng)新思路，成立多時空脈沖強磁場電磁成形裝備原型，達成垂直場與平行場的獨立控制，實現(xiàn)工件多級加載、分區(qū)成形以及協(xié)助加熱、模具夾具電磁一體化設(shè)計，靈巧性高，成立控形控性的電磁制造新方法。（2）提出一種經(jīng)過多時空散布的脈沖強磁場的復(fù)合作用，實現(xiàn)輕合金資料大變形塑性流動的新方法，揭露了多時空散布電磁力作用下的金屬資料流動規(guī)律及其調(diào)控方法，為航空航天運載器等領(lǐng)域的大型輕合金復(fù)雜板金件，供給了嶄新的柔性電磁成形成性制造技術(shù)。（3）創(chuàng)新了一種鑒于電磁力的多層板空心構(gòu)造件超塑性擴散連結(jié)和脹形的一體化制造技術(shù)，揭露了強磁場、溫度場和力場耦合作用下的超塑性流動行為和界面擴散行為規(guī)律，說了然強磁場對超塑變形和擴散過程的影響體制，為航空航天領(lǐng)域的一些空心構(gòu)造構(gòu)件的高效、低成本制造供給了一條重要門路。（4）初次采納鑒于多時空散布脈沖強磁場實現(xiàn)異種金屬管的機械擴散連結(jié)，揭露了電磁力作用下的機械擴散連結(jié)工藝參數(shù)與接頭力學(xué)性能及微觀構(gòu)造的影響體制，探了然異種金屬管電磁連結(jié)時復(fù)合界面顛簸體制，為解決航空航天領(lǐng)域復(fù)雜管路系統(tǒng)的制造難題確立了基礎(chǔ)。（5）初次提出了采納多級多向脈沖強磁場技術(shù)成形整體壁板的新方法，揭示了脈沖強磁場作用下的加載作用規(guī)律和加載變形幾何學(xué)規(guī)律，說了然脈沖強磁場作用下的構(gòu)件內(nèi)應(yīng)力演化及剩余應(yīng)力散布規(guī)律，為提升壁板表面完好性，極大的降低大型壁板構(gòu)件制造成本，解決我國長壽命、低成本大型整體壁板的制造難題確立了基礎(chǔ)。4.5課題設(shè)置1）各課題間互相關(guān)系本項目課題設(shè)置主要環(huán)繞多級多向脈沖強磁場的時空散布規(guī)律及其成形力場的調(diào)控、多時空脈沖強磁場作用下的資料流動規(guī)律及成形成性控制、脈沖強磁場作用下資料高速變形的微觀構(gòu)造演變與控制等要點科學(xué)識題睜開，以多時空脈沖強磁場成形制造裝備原型為基礎(chǔ)，成立新的控形與控性相聯(lián)合的柔性成形制造技術(shù)系統(tǒng)。以航空航天用輕質(zhì)合金深沖型構(gòu)件、壁板類構(gòu)件、管類構(gòu)件和空心結(jié)構(gòu)等要點零件的成形加工共性技術(shù)為研究對象，睜開多時空脈沖強磁場成形制造基礎(chǔ)科學(xué)識題研究。依據(jù)本項目的整體思路和預(yù)期目標，設(shè)置以下六個課題：（1）多級多向脈沖強磁場系統(tǒng)構(gòu)造布局優(yōu)化及設(shè)計準則（2）多時空脈沖強磁場作用下的資料塑性流動行為及其精準成形控制（3）多時空脈沖強磁場驅(qū)動資料超塑性流動及超塑/擴散連結(jié)機理（4）多時空脈沖強磁場引誘資料流動的精準調(diào)形與調(diào)性（5）多時空脈沖強磁場驅(qū)動資料局部流動行為及復(fù)合界面控制（6）電磁驅(qū)動高速變形下資料的微觀構(gòu)造演變規(guī)律及性能2）課題之間的關(guān)系性：多時空脈課題三課題四沖強磁場空心構(gòu)造類構(gòu)件壁板類構(gòu)件成形制造超塑性流動及超塑/資料流動的精準調(diào)技術(shù)系統(tǒng)擴散連結(jié)機理形與調(diào)性課題一課題二課題五深沖型構(gòu)件多級多向脈沖管類構(gòu)件強磁場系統(tǒng)結(jié)塑性流動行為及其局部流動行為及其構(gòu)布局優(yōu)化及精準成形控制復(fù)合界面控制設(shè)計準則電磁驅(qū)動下課題六資料微觀組電磁驅(qū)動高速變形織構(gòu)造演變下資料的微觀構(gòu)造理論基礎(chǔ)演變規(guī)律及性能圖3課題設(shè)置思路及關(guān)系性表示圖本項目的課題設(shè)置思路及其關(guān)系性如圖3所示，此中，課題1多級多向脈沖強磁場成形裝置是睜開多時空電磁精準成形研究的平臺基礎(chǔ)；課題2-5環(huán)繞電磁成形平臺分別睜開深沖型構(gòu)件、空心構(gòu)造類構(gòu)件、壁板類構(gòu)件、管類構(gòu)件等要點零件的成形加工共性技術(shù)及理論問題的研究，揭露板管類金屬資料流動規(guī)律及成形成性控制機理；經(jīng)過課題1-5的研究，成立多時空脈沖強磁場成形制造的技術(shù)系統(tǒng)。課題6針對課題2-5中的要點共性基礎(chǔ)理論問題，研究金屬資料在高能電磁場以及電磁成形過程中的微觀構(gòu)造演變及性能變化規(guī)律，為多時空脈沖強磁場成形制造技術(shù)供給理論依照。所以，本項目課題的設(shè)置既互相獨立又互相關(guān)系，構(gòu)成了一個完好的多時空脈沖強磁場柔性成形制造技術(shù)系統(tǒng)，在傳統(tǒng)成形加工技術(shù)的基礎(chǔ)長進行了豐富和完美，能夠為我國輕質(zhì)合金資料成形制造業(yè)的進一步發(fā)展供給新的理論基礎(chǔ)和技術(shù)貯備。課題詳細狀況以下：物理模型、數(shù)學(xué)模型以課題1：多級多向脈沖強磁場系統(tǒng)構(gòu)造布局優(yōu)化及設(shè)計準則研究目標：針對輕質(zhì)合金資料、大尺度與復(fù)雜工件高精度的成形難點，研究多級多向脈沖強磁場系統(tǒng)理論剖析與建模，揭露多線圈系統(tǒng)磁場與電磁力時空散布規(guī)律；揭示不一樣材質(zhì)與不一樣構(gòu)造中，磁場穿透、渦流在工件及模具中的散布規(guī)律、工件運動及變形過程中磁能與動能變換關(guān)系；提出高場強電磁線圈以及高功率密度、高靠譜性模塊化脈沖電源與時序控制系統(tǒng)設(shè)計；成立多級多向線圈高速電磁成形系統(tǒng)理論與方法。研究內(nèi)容：（1）多級多向線圈系統(tǒng)及磁場時空散布與電磁力的調(diào)控研究多線圈系統(tǒng)中磁場時空散布規(guī)律；研究垂直場、平行場、脈沖等效頻次等參數(shù)對渦流與電磁力的作用關(guān)系；研究電磁力作用下工件運動規(guī)律；揭露線圈系統(tǒng)空間散布及電源系統(tǒng)時序控制對電磁力的調(diào)控機理；研究多線圈系統(tǒng)中線圈與電源之間的耦合關(guān)系。（2）復(fù)雜構(gòu)造中磁場穿透、渦流散布以及能量變換規(guī)律成立復(fù)雜三維構(gòu)造中磁場穿透與渦流散布模型，研究在不一樣磁場作用時間、不一樣材質(zhì)、不一樣構(gòu)造對磁場穿透與渦流散布的影響；研究工件運動過程中，磁場在工件中散布、運動電勢與變壓器電勢、渦流散布以及電磁力之間的復(fù)雜耦合機理；研究渦流消耗以及電能-磁場-電能-熱能之間的能量變換關(guān)系。（3）多級多向脈沖強磁場系統(tǒng)建模與設(shè)計準則研究多級多向脈沖強磁場全系統(tǒng)與子系統(tǒng)幾何模型、及虛構(gòu)設(shè)計技術(shù)；提出電-磁-熱-力多物理場耦合作用下強電磁線圈構(gòu)造優(yōu)化方案，實現(xiàn)特定空間散布磁場線圈設(shè)計；研究高精度、可重復(fù)脈沖充電與多模塊脈沖電源充放電及脈沖波形調(diào)控技術(shù)，實現(xiàn)電源與磁體線圈系統(tǒng)組合最優(yōu)化技術(shù)；研究電源系統(tǒng)時序邏輯控制規(guī)律，實現(xiàn)磁場特準時序控制；（4）高性能、輕量化構(gòu)件多時空脈沖強磁場可工程應(yīng)用集成科學(xué)基礎(chǔ)研究針對航空航天輕質(zhì)合金資料、大尺度與復(fù)雜工件；建立多級多向線圈高速電磁成形原理樣機與實驗測試平臺；進行成形設(shè)施與工藝參數(shù)的優(yōu)化考證明驗；依照成形工件檢測結(jié)果以及理論仿真對照，對平臺模型進行校準與修正，形成多級多向線圈高速電磁成形系統(tǒng)理論與方法。經(jīng)費比率：27%擔當單位：華中科技大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)課題負責(zé)人：李亮學(xué)術(shù)骨干：潘垣、趙志衡、韓小濤、彭濤、丁洪發(fā)課題2：多時空脈沖強磁場作用下的資料塑性流動行為及其精準成形控制研究目標：針對航空航天領(lǐng)域難以成形的大型輕質(zhì)合金薄壁殼體零件，研究在多時空脈沖強磁場作用下，板料的塑性流動規(guī)律及其成形過程的控制方法，商討高速成形狀況下，摩擦、回彈及碰撞對成形過程和成形質(zhì)量的影響規(guī)律，建立多時空脈沖強磁場作用下的板料塑性成形過程的模擬模型，實現(xiàn)大型輕質(zhì)合金薄壁殼體零件的成形成性制造。研究內(nèi)容：（1）高速成形條件下的資料塑性流動行為及本構(gòu)模型研究輕合金資料在電磁力的高速驅(qū)動下，資料的力學(xué)響應(yīng)行為及有關(guān)力學(xué)參數(shù)的表征，揭露資料的塑形流動規(guī)律，商討脈沖強磁場參數(shù)、資料參數(shù)及成形邊界條件參數(shù)間的關(guān)系，成立高速成形條件下的資料本構(gòu)模型、以及資料成形極限的變化規(guī)律。為電磁成形過程數(shù)值模擬，以及成形工藝的優(yōu)化確立基礎(chǔ)。（2）高速成形條件下的板料與工模具間的互相作用與成形缺點的表征研究板料在電磁力高速沖擊下，板料與模具間的摩擦行為，以及板料與模具間高速碰撞行為；研究板料高速成形過程中的回彈、起皺、變薄、破碎規(guī)律，以及資料內(nèi)部缺點擴展機理，商討成形缺點的辨別與表征方法。為多時空脈沖強磁場作用下的板料成形過程控制確立基礎(chǔ)。（3）多時空脈沖強磁場作用下的板料塑性成形過程控制研究多時空脈沖強磁場作用下，電磁力與慣性力的耦合作用及其對板料成形過程的影響規(guī)律，商討慣性碰撞反彈的表征及其克制方法；成立板料的塑性流動與零件幾何特點間的關(guān)系，研究板料精準貼模的電磁力力場散布及回彈控制、變壓邊力及其與成形過程的協(xié)調(diào)控制，以及多時空脈沖強磁場隨工件成形特點的分布方法；研究磁場、電場等多場耦合作用對構(gòu)件力學(xué)性能的影響規(guī)律，成立多時空脈沖強磁場作用下板料精準成形工藝的優(yōu)化設(shè)計準則。（4）多時空脈沖強磁場作用下的板料成形過程數(shù)值模擬及工藝優(yōu)化研究鑒于多時空脈沖強磁場的電磁成形過程仿真方法，商討電磁力場、慣性力場、應(yīng)變場間的耦合作用關(guān)系及其表征方法，成立板料塑性流動成形有限元分析模型、以及電磁成形質(zhì)量評論模型；研究鑒于有限元模擬的電磁成形工藝參數(shù)優(yōu)化方法，以及多時空脈沖強磁場的優(yōu)化時空散布方法，從而為大型薄壁殼體零件的成形與成性的電磁成形制造供給科學(xué)的指導(dǎo)。經(jīng)費比率：16%擔當單位：華中科技大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)課題負責(zé)人：李建軍學(xué)術(shù)骨干：李雄偉、莫健華、柳玉起、鄭志鎮(zhèn)課題3：多時空脈沖強磁場作用資料超塑性流動及超塑/擴散連結(jié)機理研究目標：研究磁場、溫度場和力場耦合作用下的單軸超塑性流動行為、平面應(yīng)力狀態(tài)磁力脹形金屬流動和界面擴散行為規(guī)律，揭露強磁場對超塑變形和擴散過程的影響體制；在此基礎(chǔ)上，針對典型空心構(gòu)造，經(jīng)過睜開坯料、磁場時空散布、模具的共同設(shè)計和數(shù)值模擬研究，并鑒于上述研究成就，成立面向空心構(gòu)造的強磁場擴散與脹形過程的有限元模型，研究磁場參數(shù)、變形參數(shù)及其耦合對成形過程及其缺點形成的影響，提出利用強磁場擴散與脹形復(fù)合技術(shù)制造空心構(gòu)造的新方法，進一步拓展與提升強磁場在成形技術(shù)方面的應(yīng)用水平易范圍。研究內(nèi)容：（1）強磁場作用資料超塑性流動規(guī)律與本構(gòu)模型研究資料在強磁場、溫度場和力場耦合作用下超塑性流動行為規(guī)律，成立其超塑性本構(gòu)模型；研究資料在平面應(yīng)力狀態(tài)下磁力脹形金屬流動規(guī)律及極限評價，并成立磁力散布、磁力柔性壓邊力、零件形狀間的對應(yīng)關(guān)系；研究強磁場、溫度場和力場耦合作用下超塑變形組織演變與機理。（2）強磁場作用資料超塑擴散連結(jié)界面控制及其體制研究研究強磁場、力場、溫度場等多場耦合作用下的超塑擴散連結(jié)界面質(zhì)量的影響；研究多場耦合作用下的界面元素擴散規(guī)律，揭露擴散系數(shù)和擴散力與有關(guān)參量之間的經(jīng)驗規(guī)律；剖析強磁場對空隙擴散體制和空位擴散體制的影響，揭露強磁場加強金屬原子擴散的物理實質(zhì)。（3）面向空心構(gòu)造的強磁場時空散布設(shè)計及其成形過程的控制與優(yōu)化鑒于空心構(gòu)造特點，睜開坯料、磁場時空散布、模具的共同設(shè)計研究，并基于上述研究成就，成立面向空心構(gòu)造的強磁場擴散與脹形過程的有限元模型，開展成形過程數(shù)值模擬研究，剖析強磁場與變形參數(shù)對金屬流動規(guī)律和缺點形成的影響；研究面向空心構(gòu)造的強磁場擴散與脹形的實現(xiàn)方法，研究磁場參數(shù)、變形參數(shù)及其耦合對成形過程及其缺點形成的影響，研究磁場、電場等多場耦合作用對資料服役性能的影響規(guī)律；提出利用強磁場擴散與脹形復(fù)合技術(shù)制造空心構(gòu)造的新方法。經(jīng)費比率：15%擔當單位：中航工業(yè)北京航空制造工程研究所、上海交通大學(xué)課題負責(zé)人：侯紅亮主要學(xué)術(shù)骨干：姜波、張文龍、趙冰、王耀奇課題4：多時空脈沖強磁場作用引誘資料流動的精準調(diào)形與調(diào)性研究目標：研究脈沖強磁場作用下的加載作用規(guī)律和加載變形幾何學(xué)規(guī)律，成立鑒于誤差反應(yīng)的零件外形調(diào)控方法；研究脈沖強磁場作用下的構(gòu)件內(nèi)應(yīng)力演化及剩余應(yīng)力散布規(guī)律，揭露內(nèi)應(yīng)力引誘相析出及對微觀組織演化的影響規(guī)律；在此基礎(chǔ)上，針對典型蒙皮壁板，睜開強磁場時空散布設(shè)計研究，揭露磁場力散布特點、加載規(guī)劃路徑等對壁板內(nèi)應(yīng)力場的形成和外形精度的影響規(guī)律，成立壁板脈沖強磁場成形及其路徑規(guī)劃的理論方法，為整體蒙皮壁板脈沖強磁場成形的精準控制確立基礎(chǔ)。研究內(nèi)容：（1）多時空脈沖強磁場作用引誘資料流動及外形調(diào)控研究磁場力、慣性力、加載道次等對資料質(zhì)點流動規(guī)律與彈性恢復(fù)的影響規(guī)律，成立強磁場作用參數(shù)與方式-應(yīng)力應(yīng)變散布-宏觀外形之間的定量關(guān)系；經(jīng)過數(shù)字化外形丈量方法，獲取實質(zhì)成形零件外形與理論外形之間的空隙偏差，成立強磁場作用參數(shù)-實質(zhì)零件外形-零件外形公差-理論外形之間的內(nèi)在對應(yīng)關(guān)系和工藝參數(shù)的優(yōu)化算法，經(jīng)過偏差反應(yīng)實現(xiàn)工藝參數(shù)優(yōu)化控制，實現(xiàn)對零件外形的精準調(diào)控。（2）多時空脈沖強磁場作用內(nèi)應(yīng)力演化及剩余應(yīng)力散布規(guī)律研究研究磁場力、慣性力、加載道次、加載軌跡、加熱溫度等對構(gòu)件內(nèi)應(yīng)力演化及剩余應(yīng)力散布的影響規(guī)律，研究內(nèi)應(yīng)力引誘作用對微觀組織演化的影響規(guī)律，研究固溶時效辦理與磁場耦合作用對相析出的遺傳和調(diào)控作用，揭露強磁場作用對相變激活能和相改動力學(xué)的影響規(guī)律。（3）面向服役性能的表面完好性評論與優(yōu)化研究磁場力、加載道次、加載軌跡、增量應(yīng)變對資料表面完好性的影響規(guī)律，揭露表面完好性與資料的靜力學(xué)性能、疲憊性能和損害容限之間的關(guān)系體制，建立服役條件下的剩余應(yīng)力場廢弛和衰減的剖析模型，實現(xiàn)面向服役性能的壁板構(gòu)件的成形和成性優(yōu)化控制。（4）面向壁板構(gòu)造的脈沖強磁場時空散布設(shè)計及成形過程優(yōu)化針對典型蒙皮壁板資料、外形和構(gòu)造特點，聯(lián)合上述的研究結(jié)果，睜開適應(yīng)壁板調(diào)形調(diào)性要求的強磁場時空散布設(shè)計研究，研究磁場力散布特點、加載規(guī)劃路徑等對壁板內(nèi)應(yīng)力場的形成和外形精度的影響規(guī)律，經(jīng)過優(yōu)化磁場力散布、加載規(guī)劃路徑等實現(xiàn)壁板強、弱構(gòu)造共同變形，成立蒙皮壁板脈沖強磁場成形及路徑規(guī)劃的理論方法。經(jīng)費比率：12%擔當單位：北京航空航天大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)課題負責(zé)人：萬敏主要學(xué)術(shù)骨干：詹梅、吳向東、李恒、呂曉東課題5：多時空脈沖強磁場驅(qū)動資料局部流動行為及復(fù)合界面控制研究目標：研究強拘束條件下脈沖強磁場作用局部金屬流動行為和缺點形成體制，并針對異形管材零件，經(jīng)過優(yōu)化磁場時空特征參數(shù)和外場拘束參數(shù)實現(xiàn)異形管件的成形與控制，揭露脈沖強磁場時空散布特征-資料局部塑性流動行為-溫度場的影響體制，成立一種異形管材零件加工的新方法；別的，研究脈沖強磁場作用下金屬管件成形連結(jié)與復(fù)合過程動向響應(yīng)和接頭力學(xué)性能，說明復(fù)合金屬管件電磁成形連結(jié)與復(fù)合界面特征及其控制方法，為開發(fā)異種金屬室溫固態(tài)連結(jié)與復(fù)合管塑性加工新方法確立基礎(chǔ)。研究內(nèi)容：（1）強拘束條件下的多時空脈沖強磁場作用資料局部流動行為與缺點控制研究多時空脈沖強磁場作用薄壁輕質(zhì)金屬鈑金件的局部特點成形的磁場特性和高速率流動行為，剖析電參數(shù)、拘束力和支撐力等對資料所受磁場力與磁場力的時空特征、沖擊變形過程的應(yīng)力—應(yīng)變場、熱—力互相作用和動向塑性流動過程的影響規(guī)律，研究磁場時空特征和外場拘束對資料成形極限的影響，揭露多時空脈沖強磁場局部成形缺點形成體制，成立有效的缺點控制方法。（2）面向典型異形管件的脈沖強磁場時空散布設(shè)計與成形控制針對典型異形管材零件局部構(gòu)造特點成形要求，進行脈沖強磁場時空散布設(shè)計，研究磁力散布特點、分時分級控制、拘束力和支撐力對異形管材成形過程及其缺點的影響，研究變形區(qū)與周邊地區(qū)金屬的塑性流動規(guī)律及工藝要素影響機制，聯(lián)合數(shù)值模擬和試驗研究，優(yōu)化磁場時空特征參數(shù)和外場拘束參數(shù)，實現(xiàn)對成形過程的精準控制。（3）脈沖強磁場作用下金屬管材復(fù)合界面特征及其控制研究脈沖強磁場作用下復(fù)合管與基管的沖擊接觸變形響應(yīng)和界面資料流動行為、界面射流和復(fù)合界面容貌形成體制，剖析基管剛度及支撐條件對電磁成形復(fù)合行為的影響規(guī)律，研究線圈的空間特征、放電的時間特征和徑向空隙等工藝參數(shù)對復(fù)合界面局部資料流動行為和界面容貌演變的影響規(guī)律，并實現(xiàn)對其控制。（4）脈沖強磁場成形復(fù)合管材力學(xué)性能評論及影響體制研究脈沖強磁場成形復(fù)合管接頭的力學(xué)性能和剩余應(yīng)力規(guī)律，研究復(fù)合管材成形復(fù)合區(qū)的幾何特點、放電能量及頻次等工藝參數(shù)對接頭力學(xué)性能和缺點形成的影響規(guī)律，剖析其影響體制。經(jīng)費比率：12%擔當單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)、西北有色金屬研究院課題負責(zé)人：李春峰學(xué)術(shù)骨干：盧亞鋒、于海平、江洪偉課題6：電磁驅(qū)動高速變形下資料的微觀構(gòu)造及性能的演變規(guī)律研究目標：以航空航天用典型鋁合金、鈦合金資料為研究對象，經(jīng)過系統(tǒng)研究資料在電磁驅(qū)動高速變形下的微構(gòu)造特點，變形工藝（包含變形速率、變形量、渦流和溫度）對微構(gòu)造的影響，揭露資料電磁高速變形微觀構(gòu)造演變規(guī)律及變形機理；通過對在不一樣工藝下成形，擁有不一樣微構(gòu)造特點的成形件的力學(xué)性能測試，成立成形工藝-微觀構(gòu)造-力學(xué)性能之間的關(guān)系，為脈沖強磁場成形系統(tǒng)的設(shè)計及成形工藝的優(yōu)化供給理論指導(dǎo)。研究內(nèi)容（1）電磁驅(qū)動高速變形下的資料微構(gòu)造演變規(guī)律及變形機理以航空航天用典型鋁合金、鈦合金資料為研究對象，以單軸壓塑/拉伸變形實驗和Bulge成形實驗為標準，研究電磁驅(qū)動高速變形下資料的變形行為及微觀構(gòu)造特點。要點研究變形速率、變形量和渦流電流密度對晶體缺點（位錯、孿晶和絕熱剪切帶）的形成及演變的影響；成立孿晶和絕熱剪切帶的形成條件和晶體學(xué)模型；研究晶體缺點與晶界、第二相的交互作用；研究高速變形下資料的織構(gòu)形成及散布；聯(lián)合微構(gòu)造特點和變形行為的綜合剖析，揭露資料的電磁高速變形機理。電磁驅(qū)動高速變形下資料微構(gòu)造的溫度響應(yīng)規(guī)律以航空航天用典型鋁合金、鈦合金資料為研究對象，以單軸壓塑/拉伸變形實驗和Bulge成形實驗為標準，在電磁變形的同時對樣件施加溫度，研究電磁場與溫度場的交互作用對資料的變形行為及微構(gòu)造特點的影響。要點研究在不一樣溫度下，資料高速變形過程中的位錯組態(tài)、晶界滑移、動向再結(jié)晶和相變等特點，揭露資料的變形行為和微構(gòu)造變化的溫度響應(yīng)規(guī)律。電磁驅(qū)動高速變形下資料的斷裂行為及無效準則以航空航天用典型鋁合金、鈦合金資料為研究對象，研究其在電磁驅(qū)動高速變形下微裂紋的形成體制，研究微觀組織（如：晶界及第二相）對裂紋擴展的影響，剖析電磁高速變形所產(chǎn)生的彈性波對裂紋擴展的擾動效應(yīng)，經(jīng)過數(shù)值模擬獲得裂紋尖端的應(yīng)力場和應(yīng)變場散布，成立電磁高速變形下資料的無效準則。（4）電磁高速成形后資料的力學(xué)性能與微觀構(gòu)造的關(guān)系選擇含有典型微觀構(gòu)造成形樣件，研究電磁成形后資料的基本力學(xué)性能，主要研究微觀構(gòu)造對強度、塑性、斷裂韌性、疲憊性能、蠕變性能以及韌-脆轉(zhuǎn)變性能的影響；成立成形工藝-微觀構(gòu)造-宏觀性能之間的關(guān)系，提出提升資料性能的成形工藝優(yōu)化原則。課題經(jīng)費：18%課題負責(zé)人：柳林擔當單位：中國科學(xué)院物理研究所、華中科技大學(xué)主要骨干：吳躍、郗學(xué)奎、聞平、李寧四、年度計劃年研究內(nèi)容預(yù)期目標度1.研究多線圈系統(tǒng)中磁場時空散布規(guī)1.掌握多線圈系統(tǒng)中磁場時空散布規(guī)律，包含復(fù)雜構(gòu)造件中的渦流散布規(guī)律，成立電磁成形過程中工件運動數(shù)律、電磁參數(shù)對渦流與電磁力的影學(xué)模型，揭露工件運動、變形與磁場響、電磁力作用下工件運動規(guī)律等；力的耦合機理，指導(dǎo)設(shè)計多線圈系統(tǒng)；研究電磁成形過程中的工件的運動、達成知足多時空電磁成形需要的電磁變形與磁場力的耦合機理、強電磁線裝置樣機方案設(shè)計，成立要點工程物圈電-磁-熱-力多物理場耦合規(guī)律；研理量的丈量與監(jiān)控系統(tǒng)。第究高儲能密度脈沖電容器型電源系2.成立電磁成形實驗研究平臺、高速成統(tǒng)、蓄電池型電源及多模塊電源時序形條件下的輕合金資料的本構(gòu)模型；一控制技術(shù)等。獲取高速成形條件下的輕合金資料的2.研究輕合金資料電磁成形過程中的成形極限數(shù)據(jù)。年動向力學(xué)響應(yīng)特征；探訪輕合金資料3.成立資料電磁特征數(shù)據(jù)庫；提出電場在電磁成形過程中的無效規(guī)律；研究驅(qū)動超塑成形的新方法，建立相應(yīng)的電磁場作用下的資料塑性成形極限研究平臺和強磁場驅(qū)動超塑擴散連結(jié)變化。的新方法，建立相應(yīng)的研究平臺。3.電場驅(qū)動超塑性變形實現(xiàn)方法研究；4.揭露脈沖強磁場作用參數(shù)與加載方式強磁場作用超塑擴散連結(jié)實現(xiàn)方法對資料流動、變形和回彈的影響規(guī)律。研究；強磁場和溫度場作用下的連結(jié)5.成立考慮應(yīng)變、應(yīng)變速率甚至溫度的界面活化方法及其機理。應(yīng)力-應(yīng)變本構(gòu)模型；揭露典型鈑金件年研究內(nèi)容預(yù)期目標度4.脈沖磁場作用下資料塑性流動規(guī)律、局部特點成形的磁場特征及局部成形板料變形和回彈規(guī)律研究。塑性流動規(guī)律。5.研究高速率變形資料本構(gòu)模型；設(shè)計6.獲取不一樣條件下的電磁高速變形規(guī)鈑金件局部成形系統(tǒng)的電磁參數(shù)；建律，揭露脈沖電流對資料變形行為的立磁-變形-應(yīng)力應(yīng)變-溫度場多場耦影響，從而建立多場作用下的本構(gòu)關(guān)合數(shù)值模擬模型。系。研究電磁驅(qū)動下，變形速度、脈沖電7.發(fā)布論文15篇左右，此中SCI/EI收流及外加溫度對資料變形行為的影響，從而建立脈沖強磁場高速變形本構(gòu)關(guān)系。

錄10篇左右；申請發(fā)明專利2項左右。研究線圈空間散布及電源時序控制1.成立電能-磁場-動能-熱能之間的能對電磁力的調(diào)控機理；睜開電-磁-熱量變換關(guān)系，實現(xiàn)電磁成形過程中的-力多物理場耦合作用下強電磁線圈效率優(yōu)化；獲取特定空間散布磁場線第的構(gòu)造優(yōu)化設(shè)計；研究多電源系統(tǒng)組圈設(shè)計準則和最優(yōu)構(gòu)造，解決線圈結(jié)合供電技術(shù)和電磁成形裝置監(jiān)控系構(gòu)加固、發(fā)熱、壽命以及多線圈線圈二統(tǒng)設(shè)計。間般配問題；研制電容器型電源和蓄2.研究多場耦合下的輕合金資料塑性電池型電源工程樣機；實現(xiàn)磁場的特年變形數(shù)值模擬模型；研究電磁力高速準時序調(diào)控，成立多模塊電源多路時驅(qū)動下的板料與模具間的摩擦行為；序控制與優(yōu)化系統(tǒng)。研究電磁力驅(qū)動下的輕合金資料的2.成立輕合金資料電磁成形的有限元模年研究內(nèi)容預(yù)期目標度高速塑性成形規(guī)律及缺點產(chǎn)活力理；擬模型、板料與模具互相作用的摩擦研究高速成形時模具表面的組織結(jié)模型；掌握輕合金資料高速塑性流動構(gòu)演化及無效規(guī)律。規(guī)律，以及成形過程中回彈、起皺、3.磁力擴散、氣壓脹形和加熱一體化試破碎等缺點的形成條件；揭露高速成驗裝置共同設(shè)計制造研究；電場驅(qū)動形條件下的模具無效規(guī)律。作用下資料超塑性流動規(guī)律；脈沖強3.提出磁力擴散與氣壓脹形、電場驅(qū)動磁場對資料超塑擴散連結(jié)界面元素脹形與磁力擴散組合制造新方法，構(gòu)擴散與散布的影響規(guī)律。建相應(yīng)的研究平臺；揭露電場驅(qū)動超4.脈沖磁場作用下資料微觀組織性能塑性流動與組織演變規(guī)律，成立超塑變化研究、板料變形內(nèi)應(yīng)力演化和殘變形本構(gòu)關(guān)系模型。余應(yīng)力散布規(guī)律研究。4.揭露脈沖強磁場作用參數(shù)與加載方式5.脈沖強磁場作用下鈑金件局部特點對資料微觀組織性能與內(nèi)應(yīng)力演化的成形缺點形成體制；異形管件成形系影響規(guī)律。統(tǒng)磁場特征剖析、磁場設(shè)計、磁-變5.提出異形管件成形新方法；揭露典型形-應(yīng)力應(yīng)變-溫度場多場耦合數(shù)值異型管局部特點成形的磁場特征；建模擬、動向響應(yīng)及塑性流動規(guī)律研立異形管成形磁-變形-應(yīng)力應(yīng)變-溫究。度場多場耦合數(shù)值模擬模型；成立異6.研究電磁驅(qū)動高速變形下變形速率、形管件成形試驗裝置。變形量對資料微構(gòu)造（包含位錯、攣6.獲取高速變形下資料的微構(gòu)造特點及晶、織構(gòu)、剪切帶、動向再結(jié)晶等）微構(gòu)造與應(yīng)變速率、因變量的依靠關(guān)的影響；渦流電流密度對高速變形下系，揭露脈沖電流對高速變形下資料年研究內(nèi)容預(yù)期目標度資料的微構(gòu)造的影響；研究電磁高速的微觀構(gòu)造的影響規(guī)律，說明電磁高變形引誘的表面加強層的構(gòu)造特點。速變形表面加強機理。從而建立高速變形條件下晶體缺點互相演變的構(gòu)造和能量模型。7.發(fā)布論文30篇左右，此中SCI/EI收錄20篇左右；申請發(fā)明專利7項左右。設(shè)計電磁成形原型裝置，研制多級多1.考證多級多向線圈系統(tǒng)的仿真模型，向高速電磁成形原理樣機與實驗測探究一套復(fù)雜構(gòu)造件成形制造工藝，試平臺，編制多級多向強磁體的設(shè)計以實驗數(shù)據(jù)旁證理論研究；實現(xiàn)磁體軟件；睜開電磁力作用下工件運動規(guī)的電磁力熱耦合剖析，給出多級線圈律的實驗研究；針對復(fù)雜構(gòu)造件，開的中每一個線圈的最正確構(gòu)造；成立完第展多時空電磁成形制造研究。整的物理模型、數(shù)學(xué)模型，達成全部2.研究電磁成形有限元模型的數(shù)值計電源樣機的整體測試，給出工程樣機三算方法；研究板料精準成形時的電磁參數(shù)力時空散布及控制策略；研究電磁力2.獲取板料電磁成形有限元模型軟件的年與慣性力耦合作用對成形過程的影原型系統(tǒng)；成立板料成形特點與電磁響；研究電磁力高速作用下資料慣性力時空散布的關(guān)系模型及成形質(zhì)量評反彈及其克制方法；睜開典型構(gòu)造件價模型；掌握高速成形下的慣性反彈的工藝實驗考證。計算方法，成立典型構(gòu)造件的成形實3.電場驅(qū)動超塑變形過程空洞形成與驗平臺；年研究內(nèi)容預(yù)期目標度演變規(guī)律，電場驅(qū)動作用下超塑性流3.揭露電場和溫度場等參數(shù)場對超塑變變平均性控制與評論；強磁場對超塑形金屬流動和缺點形成的影響規(guī)律；擴散連結(jié)過程組織演變的影響，研究揭露強磁場驅(qū)動超塑擴散動力學(xué)規(guī)缺點形成與控制的舉措。律，說明強磁場對擴散連結(jié)界面組織4