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航空薄壁结构零件加工变形的有限元仿真

作　者: 韩冰
导　师: 任成祖
学　校: 天津大学
专　业: 机械工程
关键词: 航空薄壁件 加工变形 立铣加工 有限元模拟 拟动态仿真分析
分类号: V214.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


薄壁结构零件的比强度高,可以有效减轻整体结构质量,因此被广泛应用在航空航天领域。但是在加工工艺方面,薄壁零件壁薄、相对刚度低、外形协调要求高、在切削力作用下极易产生加工变形,降低了加工精度及表面质量。整体结构件的加工变形是航空制造业面临的最突出问题之一,多年来一直制约着航空工业的发展,因此,对航空整体结构件加工变形的分析、预测具有重要意义和价值。本文采用有限元的数值模拟技术对航空薄壁件铣削加工变形进行了深入的研究。本文以航空材料7075-T7451为研究对象,建立了完整的三维动态立铣加工有限元模型,分析、研究了有限元网格模型、材料本构关系、刀具-切屑之间摩擦的定义以及切屑分离准则等切削加工模拟的关键技术。基于此模型对铝合金的立铣过程进行了模拟仿真,分析得出了三个方向上铣削力的数值和变化规律,铣削过程中切屑的形成及其形貌以及切削区域的应力、应变分布。并通过对应铣削试验验证模型的有效性。本文从提高计算效率出发,在保证有限元模型完整的模拟薄壁件的加工过程前提下,提出了“拟动态分析”的化简方法。并采用该方法对“一”字形薄壁结构零件的加工变形进行了分析研究,并且通过实验验证化简方法的有效性。最后,文章在对薄壁结构零件的“拟动态仿真”基础上,通过分析航空整体薄壁结构件中的框体结构零件加工工艺,对零件的加工过程仿真模型进行了化简。从而实现对整体型航空薄壁结构零件加工过程的模拟仿真。预测零件的加工变形。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章 绪论  7-15
  1.1 课题研究背景与意义  7-9
  1.2 薄壁整体结构零件的研究现状  9-12
    1.2.1 整体薄壁结构零件变形的原因  9-10
    1.2.2 切削加工数值模拟技术的研究  10-11
    1.2.3 薄壁件加工弹性变形研究  11-12
  1.3 问题的提出以及论文的研究内容  12-15
    1.3.1 研究问题的提出  12-13
    1.3.2 论文研究的内容  13-14
    1.3.3 论文结构框架  14-15
第二章 航空铝合金铣削过程仿真及其实验验证  15-35
  2.1 引言  15
  2.2 三维有限元模型的描述  15-21
    2.2.1 三维有限元模型的建立  16-19
    2.2.2 热力耦合有限元控制方程  19-20
    2.2.3 有限元运动方程  20-21
  2.3 基于三维有限元模型铣削过程仿真的关键技术  21-24
    2.3.1 材料本构关系的定义  21-22
    2.3.2 切屑分离准则  22-23
    2.3.3 接触摩擦模型  23-24
  2.4 三维有限元模型的实验验证及仿真结果分析  24-33
    2.4.1 验证试验  24-26
    2.4.2 实验结果与有限元仿真结果比较  26-32
    2.4.3 有限元仿真结果分析  32-33
  2.5 本章小结  33-35
第三章 薄壁结构零件加工变形分析的化简方法及其实验验证  35-48
  3.1 引言  35
  3.2 基于“拟动态分析”航空薄壁零件铣削加工仿真的化简方法  35-37
    3.2.1 走刀路径整体规划  35-37
    3.2.2 关键分析位置的确定  37
  3.3 基于“拟动态分析”航空薄壁零件铣削加工仿真的关键技术  37-43
    3.3.1 分析位置的划分与定义  38-40
    3.3.2 切削区域与整体薄壁结构零件的耦合联结关系  40-41
    3.3.3 分析位置的动态仿真  41-43
  3.4 “拟动态分析”的实验验证  43-47
    3.4.1 验证实验设置  43-45
    3.4.2 基于“拟动态分析”方法的仿真结果与实验结果对比分析  45-47
  3.5 本章小结  47-48
第四章 整体航空薄壁结构零件的加工变形的分析预测  48-56
  4.1 引言  48
  4.2 框体结构零件有限元模型与变形分析  48-52
    4.2.1 框体结构零件工艺分析及分析位置的确定  48-50
    4.2.2 框体结构三维有限元模型  50-51
    4.2.3 框体结构零件加工变形分析  51-52
  4.3 不同因素影响下框体结构的变形  52-55
    4.3.1 不同侧壁厚度对框体结构变形的影响  52-53
    4.3.2 不同长度对框体结构变形的影响  53-54
    4.3.3 不同高度对框体结构变形的影响  54-55
  4.4 本章小结  55-56
第五章 总结与展望  56-58
  5.1 总结  56
  5.2 展望  56-58
参考文献  58-62
发表论文和参加科研情况说明  62-63
致谢  63

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