【摘 要】
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整体壁板具有强度高、重量轻、寿命长等优点,因而广泛应用于现代先进飞机和高速飞行器机身、机翼等部位。高温钛合金网格筋壁板相较于传统的铝合金筋壁板结构效率更高,但是常温下钛合金整体壁板难以成形。利用电流的电致塑性效应和焦耳热效应能有效降低成形载荷、提高成形极限,并且能有效避免钛合金加热氧化严重的问题,因而本文针对Ti55合金网格筋壁板提出了一种电脉冲辅助压弯成形工艺方案。基于ABAQUS有限元分析软件
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整体壁板具有强度高、重量轻、寿命长等优点,因而广泛应用于现代先进飞机和高速飞行器机身、机翼等部位。高温钛合金网格筋壁板相较于传统的铝合金筋壁板结构效率更高,但是常温下钛合金整体壁板难以成形。利用电流的电致塑性效应和焦耳热效应能有效降低成形载荷、提高成形极限,并且能有效避免钛合金加热氧化严重的问题,因而本文针对Ti55合金网格筋壁板提出了一种电脉冲辅助压弯成形工艺方案。基于ABAQUS有限元分析软件建立了Ti55合金网格筋壁板电脉冲辅助压弯成形的电-热-结构耦合有限元模型。分析了壁板在成形过程中的温度、应力及应变的时空分布规律,发现引起横向筋条产生失稳的原因主要是压弯过程中所产生Y方向的压应力。本文研究了不同工艺参数(电流密度、压弯半径、电流加载方向)对网格筋壁板电辅助压弯成形质量的影响。电流密度是通过壁板的温度分布从而影响壁板的失稳和回弹;筋条失稳随变形量的增加而增加,变形量越大,弹性变形量比例减少,壁板回弹率减小;改变电流的方向能有效控制横向筋条的温度从而减缓筋条的失稳,且回弹只是略有提升。通过控制电场分布,使壁板横筋温度低、腹板温度高时能有效控制筋条失稳和壁板的回弹。在相同的工艺参数下,壁板随筋条失稳程度随高度增加而增大,筋条越高,失稳时所需的临界载荷越小,筋条的稳定性越差;腹板厚度较小时,其带来的温度效应要比本身结构对壁板成形的影响要大,腹板厚度较大时,温度变化不明显,主要是其结构对壁板成形过程产生影响;整体壁板纵向筋条间距越小,筋条稳定性越好,筋条不容易产生失稳,回弹也不会因为温度降低而增大。以筋条高度、腹板厚度和筋条间距壁板结构参数作为设计变量,以筋条失稳程度和壁板回弹量的最佳综合为目标,建立了极限高厚比下壁板结构参数的多目标优化数学模型。以BP神经网络预测模型作为优化算法的知识源,将人工神经网络与修正的遗传算法相结合,对壁板结构参数进行优化。得到网格筋壁板结构参数的最优组合为筋条高度9mm、腹板厚度2.4mm、纵向筋条间距11mm。设计了电辅助压弯绝缘模具工装,开展了网格筋壁板压弯工艺试验,后续对试样进行了金相和显微硬度测试。脉冲电流能促进了Ti55合金的再结晶,晶粒得到细化,材料的硬度也越高。
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