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TB6钛合金孔二次挤压残余应力及疲劳寿命仿真研究

2021-05-29姜廷宇万志城张全利苏宏华

航空制造技术 2021年9期
关键词:有限元

姜廷宇,王 洋,王 鹏,万志城,张全利,苏宏华

(1.南京航空航天大学机电学院,南京 210016;2.航空工业昌河飞机工业(集团)有限责任公司,景德镇333000)

直升机桨毂作为旋翼系统的核心部件,其服役过程中承受高频交变载荷,孔壁存在严重的应力集中,导致连接孔系存在较高的疲劳失效风险,直升机的可靠性得不到保障。研究表明,孔挤压强化技术作为一种便捷、高效的抗疲劳制造方法,可以在孔壁引入残余压应力,缓解孔壁应力集中,提高连接孔疲劳寿命[1–3]。TB6钛合金是一种具有高强度及韧性的近β相钛合金,被广泛应用于直升机桨毂中央件的制备,在其中央件连接孔中安装铜或不锈钢衬套,可以减少孔壁的磨损[4–5]。早在20世纪50年代波音公司便在707机型部件的连接中使用孔冷挤压加干涉配合铆接的方法[6]。干涉配合法虽然能提高连接孔疲劳寿命[7],但研究表明干涉量不易控制,过高会对孔壁造成损伤,较低则会在孔壁引入残余拉应力,且增加了孔壁与衬套间的微动磨损,降低连接孔疲劳性能[5,8]。

针对上述孔抗疲劳制造技术的不足,目前二次挤压强化技术已经应用于含衬套孔的制造生产中。作为一种新型的抗疲劳制造技术,二次挤压强化指的是先用传统的冷挤压方法,对底孔进行挤压强化,保证孔壁具有一定深度的残余压应力层,然后安装衬套,采用一定过盈量的挤压芯棒,对衬套进行二次挤压,使衬套与孔壁紧密贴合。研究表明二次挤压强化技术可以显著改善孔壁表面粗糙度,提高钛合金表面硬度,并形成一定的残余压应力层,从而有效提高耳片孔的疲劳寿命[5,9]。……

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