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T型航空铝合金结构件淬火残余应力数值模拟分析*

2016-05-30

航空制造技术 2016年22期
关键词:有限元

(中航工业第一飞机设计研究院, 西安 710089)

航空铝合金是飞机结构材料中的主干材料,是最早推动航空工业发展的基础,对航空工业的进步具有极其重要的战略意义[1-3]。近年来,超高强铝合金凭借其密度小、加工性能好及焊接性能优良等特性,越来越被广泛应用。同时,热处理工艺作为一种改善材料性能的重要手段,通过固溶处理,使其能够达到足够的强度和韧性。但是,不可避免的是热处理过程带来的危害却也是显而易见的,即淬火过程中产生的残余应力使零件在后续加工过程中产生变形翘曲甚至开裂现象。因此,系统研究毛坯淬火残余应力的产生机理及其分布规律,对改善零件的尺寸精度和使用寿命具有重要的指导意义。有关这方面的研究国内外已经开展了相关的工作[4-8],但大多局限于简单形状的零件。随着航空技术的发展,整体结构件的出现使残余应力问题变得更为复杂,一跃成为世界性难题。因此,本文针对航空结构件的复杂性,开展T字型航空7050铝合金锻件的淬火残余应力数值模拟分析,为航空设计人员提供一定的参考基础。

1 有限元数值模拟计算

1.1 淬火残余应力产生机理

残余应力是指在没有对物体施加外力时,物体内部存在的保持自相平衡的应力系统[9-10],它是固有应力或内应力的一种。传统工艺中对构件进行的热处理工艺是构件产生淬火残余应力的主要原因,由于造成了构件表面和芯部在快速加热和冷却过程中的温度梯度,冷却速度不同,产生的塑性变形就会不同,继而引发热应力场急剧变化,最终产生热应力。……

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