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TC4钛合金热应力校形工艺研究

作　者: 周兆锋
导　师: 陈明和
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 航空宇航制造工程
关键词: TC4钛合金感应加热热应力校形有限元分析
分类号: TG166.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

板料冲压成形在工业中应用广泛,精密钣金成形是制造行业共同追求的目标之一,尤其是在航空、航天、汽车等行业,钣金成形的精密要求更高。钣金经过常用成形方法成形后,精度达不到精密要求,而校形是提高钣金成形精度的有效方法。常用的校形方法有人工校形,时效校形,火焰校形和激光校形,这几种校形方法有其局限性。本文研究了一种新的热应力校形技术——高频感应加热热应力校形工艺。该工艺利用高频感应加热来代替火焰加热或激光加热来对板料进行热应力校形。论文的主要工作是开发高频感应加热热应力校形工艺的有限元预测模型,研究感应加热各参数对材料校形效果的影响规律,用热应力校形试验机对钛合金进行热应力校形试验。主要内容如下(1)用电磁学、力学等知识进行了热应力校形的理论计算。(2)开发出高频感应热应力校形工艺的磁-热-结构多场耦合有限元预测模型。在给定工艺参数前提下,用开发的有限元模型能够预测材料的校形结果。(3)用热应力校形试验机进行了高频感应热应力校形试验研究,对有限元预测模型进行了验证,结果表明,有限元预测模型的预测精度是可以接受的,可以为生产提供参考。(4)通过有限元模拟和试验研究相结合的方法,得出了主要工艺参数对TC4钛合金高频感应加热热应力校形效果的影响规律。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-13
第一章绪论  13-19
  1.1 引言  13-15
  1.2 钛合金钣金成形的现状和方法  15-17
  1.3 TC4 钛合金的高频感应热应力校形技术的研究方法  17
  1.4 本文研究内容  17-18
  1.5 本章小结  18-19
第二章热应力校形理论计算  19-30
  2.1 引言  19
  2.2 感应加热热校形的电磁场计算  19-21
    2.2.1 电磁场基本理论  19-21
      2.2.1.1 麦克斯韦方程  19-20
      2.2.1.2 一般形式的电磁场微分方程  20-21
  2.3 感应加热热校形的温度场计算  21-23
    2.3.1 传热学基本理论  21-22
      2.3.1.1 三种基本热传递方式  21
      2.3.1.2 稳态传热与瞬态传热  21
      2.3.1.3 线性分析与非线性分析  21-22
      2.3.1.4 感应加热热应力校形的特点  22
    2.3.2 感应加热热校形的温度场分析的数学模型  22-23
  2.4 热应力校形的应力场计算  23-29
    2.4.1 热应力基本理论  23
    2.4.2 圆环和圆筒的轴对称热应力  23-29
      2.4.2.1 极坐标中平面热应力问题基本方程  23-25
      2.4.2.2 平面轴对称热应力问题  25-26
      2.4.2.3 圆环的轴对称热应力  26-27
      2.4.2.4 圆筒的轴对称热应力  27-29
  2.5 本章小结  29-30
第三章 TC4 钛合金热应力校形有限元模拟分析  30-51
  3.1 引言  30
  3.2 TC4 钛合金弯板问题描述  30-32
  3.3 数值模拟思路  32-33
    3.3.1 模拟方法与思路  32-33
    3.3.2 提高计算效率的措施  33
  3.4 模拟过程  33-35
    3.4.1 在磁分析物理环境里模拟  33-34
    3.4.2 在热-结构耦合分析物理环境模拟  34-35
  3.5 TC4 钛合金弯板模拟结果  35-43
    3.5.1 电流密度对TC4 钛合金弯板校形效果的影响  35-38
      3.5.1.1 模拟方案  35
      3.5.1.2 模拟结果  35-37
      3.5.1.3 结果分析  37-38
    3.5.2 加热时间对TC4 钛合金弯板校形效果的影响  38-41
      3.5.2.1 模拟方案  38
      3.5.2.2 模拟结果  38-40
      3.5.2.3 结果分析  40-41
    3.5.3 电流频率对TC4 钛合金弯板校形效果的影响  41-43
      3.5.3.1 模拟方案  41
      3.5.3.2 模拟结果  41-43
      3.5.3.3 结果分析  43
  3.6 TC4 钛合金管问题描述  43-44
  3.7 TC4 钛合金管模拟结果  44-49
    3.7.1 电流密度对TC4 钛合金管校形效果的影响  44-47
      3.7.1.1 模拟方案  44
      3.7.1.2 模拟结果  44-46
      3.7.1.3 结果分析  46-47
    3.7.2 加热时间对TC4 钛合金管校形效果的影响  47-49
      3.7.2.1 模拟方案  47
      3.7.2.2 模拟结果  47-49
      3.7.2.3 结果分析  49
  3.8 本章小结  49-51
第四章 TC4 钛合金弯板热应力校形实验研究  51-62
  4.1 引言  51
  4.2 TC4 钛合金热应力校形试验方案的设计  51-53
  4.3 待校形TC4 钛合金板料的设计与制造  53-54
    4.3.1 待校形板料的设计  53
    4.3.2 待校形板料的加工  53-54
  4.4 模具的设计与制造  54
    4.4.1 模具的设计  54
    4.4.2 模具的加工  54
  4.5 试验方案及过程  54-56
  4.6 试验结果及其分析  56-59
    4.6.1 第一组试验结果及其分析  56-57
    4.6.2 第二组试验结果及其分析  57-58
    4.6.3 第三组试验结果及其分析  58-59
    4.6.4 试验结论  59
  4.7 误差原因分析及提高精度措施  59-60
    4.7.1 误差原因分析  59-60
    4.7.2 提高精度措施  60
  4.8 本章小结  60-62
第五章 TC4 钛管热应力校形实验研究  62-68
  5.1 引言  62
  5.2 TC4 钛管热应力校形试验方案的设计  62
  5.3 试验方案及过程  62-63
  5.4 试验结果及其分析  63-66
    5.4.1 第一组试验结果及其分析  63-65
    5.4.2 第二组试验结果及其分析  65-66
    5.4.3 第三组对比分析  66
  5.5 误差原因分析及提高精度措施  66-67
    5.5.1 误差原因分析  66-67
    5.5.2 提高精度措施  67
  5.6 本章小结  67-68
第六章结论与展望  68-70
  6.1 结论  68
  6.2 后续工作及展望  68-70
附录  70-78
参考文献  78-82
致谢  82-83
在学期间的研究成果及发表的学术论文  83

TC4钛合金热应力校形工艺研究

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