文档介绍：专业学位硕士生学位论文选题报告
课题名称铝合金厚板深孔法应力测试及薄壁件形变分析
领域名称机械工程
研究方向机械设计及自动化
学生姓名刘义鹏
年级 2014级
导师姓名廖凯副教授
所属学院机电工程学院
论文工作的
起止时间2015年3月-2016年5月
填写日期: 2015 年 4 月 15 日
课题的来源、研究的目的和意义(主要应用前景。
[1] 参与国家自然科学基金项目:航空薄壁构件变形的数学预测模型构建及调控
方法研究,课题编号:51475483,2015 年 1 月~2018 年 12 月。
[2]广西自然科学基金(青年基金):高强铝合金厚板-薄壁构件内应力重构机理研究,课题编号: 2012GXNSFBA053150,2012年4月~2015年4月。
铝合金具有密度小、比强度高、耐蚀性和成型性好、成本低等一系列优点,在航空、航天、船舶、核工业及兵器工业都有着广泛的应用前景及不可替代的地位,因而铝合金技术被列为国防科技关键技术及重点发展的基础技术[1][2]。在航空方面,铝合金是飞机机体结构的主要用材。我国自行设计研制的第二代战斗机机体结构用材铝合金占80%以上,在研的第三代战斗机机体结构用材仍在60%一70%。
铝合金的发展与航空事业的发展是密不可分的。20世纪初在莱特兄弟制造的飞机上就采用了Al-Cu-Mn合金铸造的飞机发动机的曲柄箱体。-Cu-Mg系合金中发现时效硬化现象,使铝合金作为飞机主体结构材料成为可能,此后,铝合金作为飞机机体的主要结构材料登上历史舞台[1][2]。美国铝业公司(Alcoa)、加拿大铝业公司(Alcan) 和 Crous集团是世界供应铝材厚板的三大巨头,其中Alcoa所生产的厚板占世界份额的35%以上,是世界主要航空器生产制造商的供货者,其生产的厚板产品种类达到11000种规格,涉及110种合金产品,产品中厚度最大达到406mm,宽度达到5334mm[3][4]。
与发达国家相比,我国的铝合金厚板生产,无论是从工艺、品质、产能、品种、规格和性能等各个方面比较,都有很大差距。现有国产高强铝合金的服役性能还不能满足当前和未来的需要,而大规格与变断面高性能铝材(如厚度为80-200(400)mm,宽1200(5000)mm厚板)又是航天航空、地面运载工具、核反应堆构件的必备材料,由于其制备难度大,国内技术还不成熟,因此对高性能大规格铝材及其整体构件的自主研发和生产是一项关系国家安全保障战略的工程[5][6]。
残余应力是当没有外力作用时,以平衡状态存在于物体内部的应力。没有通过物体表面向物体内部传递应力时,物体内部保持平衡的应力系统,称为固有应力或初始应力。热应力和残余应力是固有应力的一种。固有应力也称为内应力。厚板在生产和制备过程中所经历的剧烈温度变化与形状变化,使得厚板内部形成了较高强度的残余应力。这种残余应力的形成主要归结于在高温冷却时,厚板内外、表里温度变化不一致,造成冷热收缩的不均匀,因而在材料内部形成了平衡收缩力的内应力[7][8]。1925年,、Mura T、。根据残余应力的相互影响范围大小可将残余应力分为宏观残余应力和微观残余应力[9][10]。1973年德国学者E。Macherauch进而将宏观残余应力称为第一类残余应力,将微观残余应力划归为第二类、第三类残余应力。宏观残余应力是指作用于整个工件上的应力,其大小、方向和性质都可以依照宏观力学方法来分析,是众多晶粒间应力相互作用的平均应力。其作用和平衡范围较广,属于远程内应力,内应力的变化会导致材料的宏观变形。本文所涉及应力论述都属于第一类残余应力。
残余应力的检测技术始于20世纪30年代,自20世纪50年代末到70年代初,随着微电子技术的发展和计算机的普遍应用,残余应力的检测技术取得了突破性的进展。测试仪器不断改进,试验方法逐步规范,测量数据的可性度大大提高。发展至今天共形成了数十种检测方法,目前传统残余应力的检测方法主要分为两大类。
机械法有盲孔法、深孔法、层削法、裂纹柔度法等机械法测量残余应力需释放应力,这就需要对工件局部分离或者分割,从而会对工件造成一定的损坏或者破坏,但机械法理论完善,技术成熟,目前在现场测试中广泛应用,其中尤以浅盲孔法的破坏性最小。
,后由Soete发展完善而形成系统理论。该方法的基本思想是:在有一定初应力的构件表面钻一个直径2R(约2mm)、深度h(h>2R)的小盲孔,于是在盲孔附近表面由于释放部分应力而产生的位移和应变。在实际测量时