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超声波喷丸校形的应用研究

作　者: 陈星
导　师: 鲁世红
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 航空宇航制造工程
关键词: 超声波喷丸 残余应力 冲击坑尺寸 校形路径 有限元模拟
分类号: V261.92
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 4次
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内容摘要


超声波喷丸校形是一种高效绿色节能的新技术，与传统校形工艺相比具有成本低、可校形范围大、良好的可控性和重复性等优点，有利于壁板类零件的校形，在航空航天领域具有广阔的应用前景。本文对超声波喷丸板料校形技术进行了相关研究，主要研究工作如下：研究了超声波喷丸板料校形的物理过程和基本原理，并以Hertz碰撞理论为基础，对板料喷丸校形过程进行力学分析，研究了板料弯曲成形与喷丸产生的残余应力分布之间的关系，推导出了板料校形量的计算公式。研究了超声波喷丸板料形成的冲击坑形态，分析了冲击坑直径、冲击坑深度与超声波喷丸参数之间的关系，建立了冲击坑直径、冲击坑深度与超声波喷丸参数的经验公式。冲击坑形态是影响包括表面粗糙度和其他表面性能在内的表面完整性基本参数之一。研究了超声波喷丸工艺参数改变对铝合金板料的校形影响，首先探索了喷丸路径对超声波喷丸板料校形的影响，其次，电流强度、撞针直径和喷丸时间等工艺参数对板料校形量的影响，最后针对横向弯曲变形板料和纵向弯曲变形板料制定了合理的校形路径，进行了校形验证，获得了理想的校形效果。根据试验得到的喷丸工艺参数对超声波喷丸板料校形过程进行了有限元建模，包括材料模型、本构模型及网格划分的确定，研究了工艺参数改变对板料校形量的影响，最后对一种复杂曲面变形零件进行了超声波喷丸校形模拟，成功地进行了校形。以上研究表明利用有限元模拟超声波喷丸板料校形过程是可行的。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-6
目录  6-9
图清单  9-12
表清单  12-13
注释表  13-14
第一章 绪论  14-24
  1.1 引言  14
  1.2 壁板类零件的超声波喷丸校形技术  14-18
    1.2.1 壁板类零件喷丸变形产生的原因分析  14-15
    1.2.2 传统的校形技术  15-16
    1.2.3 超声波喷丸技术  16-18
  1.3 超声波喷丸校形技术的国内外研究进展  18-21
  1.4 论文研究的目标、意义及研究内容  21-24
    1.4.1 研究工作的意义和目标  21-23
    1.4.2 论文的研究内容  23-24
第二章 超声波喷丸板料校形的理论分析  24-36
  2.1 超声波喷丸板料校形的物理过程  24
  2.2 超声波喷丸板料校形力学分析  24-31
    2.2.1 碰撞理论基础  24-25
    2.2.2 板料校形受力分析  25-31
  2.3 超声波喷丸后板料的校形  31-35
    2.3.1 板料弯曲变形理论  31-32
    2.3.2 板料在残余应力作用下校形的机理分析  32
    2.3.3 板料校形量与残余应力场的关系  32-35
  2.4 本章小结  35-36
第三章 超声波喷丸板料表面形态的试验研究  36-45
  3.1 试验装置及试样制备  36-37
    3.1.1 试验装置  36-37
    3.1.2 试样的制备和定位  37
  3.2 超声波喷丸冲击坑的形态分析  37-44
    3.2.1 球状冲击坑的几何尺寸  38-40
    3.2.2 超声波喷丸冲击坑试验方案的建立  40-42
    3.2.3 超声波喷丸冲击坑直径的多元线性回归分析  42-43
    3.2.4 超声波喷丸冲击坑深度的多元线性回归分析  43-44
  3.3 本章小结  44-45
第四章 超声波喷丸板料校形试验研究  45-55
  4.1 拉伸性能试验  45-46
  4.2 试验装置及试样制备  46-47
    4.2.1 试验装置  46-47
    4.2.2 试样的制备和定位  47
  4.3 试验工艺参数对超声波喷丸板料校形的影响研究  47-51
    4.3.1 超声波喷丸板料校形的喷丸路径研究  47-49
    4.3.2 电流强度对板料校形的影响  49-50
    4.3.3 撞针直径对板料校形的影响  50-51
    4.3.4 喷丸时间对板料校形的影响  51
  4.4 两种典型曲面的超声波喷丸板料校形  51-54
  4.5 本章小结  54-55
第五章 超声波喷丸板料校形的有限元模拟  55-68
  5.1 ABAQUS 有限元理论基础  55-56
  5.2 典型单曲率变形零件的超声波喷丸板料校形过程的有限元模拟  56-64
    5.2.1 超声波喷丸板料校形有限元模型建立  56-58
    5.2.2 纵向弯曲变形板料的超声波喷丸校形过程的有限元模拟及分析  58-64
    5.2.3 横向弯曲变形板料的超声波喷丸校形过程的有限元模拟  64
  5.3 复杂曲面变形零件的超声波喷丸校形过程的有限元模拟  64-67
    5.3.1 板料的初始变形分析  64-65
    5.3.2 超声波喷丸校形路径的规划  65-66
    5.3.3 超声波喷丸板料校形有限元模拟的计算结果分析  66-67
  5.4 本章小结  67-68
第六章 总结与展望  68-70
  6.1 总结  68-69
  6.2 展望  69-70
参考文献  70-75
致谢  75-76
在学期间的研究成果及发表的学术论文  76

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中图分类: > 航空、航天 > 航空 > 航空制造工艺 > 制造工艺过程及设备 > 振动加工
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