2024鋁合金超聲沖擊成形數(shù)值分析研究.pdf

1、超聲沖擊成形是一種新的適用于小曲率板件成形的無模冷加工成形方法。應(yīng)用該方法進行材料成形，可以在成形構(gòu)件表面產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力層，提高其機械性能。超聲沖擊成形方法適用于大尺寸薄板成形，在加工制造領(lǐng)域，特別是航天航空制造領(lǐng)域擁有廣闊的應(yīng)用前景。本文開展2024鋁合金試件自由和預(yù)應(yīng)力超聲沖擊成形過程數(shù)值分析研究，對于弄清超聲沖擊成形機理、促進該方法的應(yīng)用具有重要的理論意義和實際應(yīng)用價值。
　　根據(jù)超聲沖擊成形的物理過程，提出了分階段建立超聲

2、沖擊成形子模型的方法，建立了三階段自由超聲沖擊成形數(shù)值分析模型（超聲沖擊子模型、數(shù)據(jù)擴展子模型和試件成形子模型）和四階段預(yù)應(yīng)力超聲沖擊成形數(shù)學(xué)模型（預(yù)應(yīng)力施加子模型、超聲沖擊子模型、數(shù)據(jù)擴展子模型和試件成形子模型），對各受控參數(shù)下的窄板和方板試件超聲沖擊成形過程進行了數(shù)值分析。
　　在超聲沖擊子模型中，分析了自由狀態(tài)下沖擊過程中能量的轉(zhuǎn)換、應(yīng)力波及等效塑性應(yīng)變傳遞等規(guī)律，探討了沖擊速度、沖擊針質(zhì)量及形狀、沖擊槍運行速度和偏移距離等

3、受控參數(shù)對殘余應(yīng)力的分布規(guī)律。指出試件內(nèi)部的殘余應(yīng)力分布是非均勻的，試件表層的平均殘余壓應(yīng)力在沖擊槍偏移方向上的值大于在沖擊槍運行方向上的值，且沖擊速度和沖擊槍偏移距離對殘余應(yīng)力的影響較大。
　　應(yīng)用數(shù)據(jù)擴展模型，將超聲沖擊子模型獲得的應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)進行擴展，并導(dǎo)入到試件成形子模型中進行數(shù)值分析，獲得自由超聲沖擊下單曲率窄板試件變形和雙曲率方板試件變形，并分析各受控參數(shù)對試件成形量的影響規(guī)律，指出殘余應(yīng)力分布與試件變形量之間的關(guān)系。

4、通過對比窄板和方板試件的變形量，探討試件表層殘余壓應(yīng)力對試件成形的促進作用和試件內(nèi)部殘余拉應(yīng)力與試件剛度變化對試件成形的抑制作用，分析其在不同受控參數(shù)下的影響程度。
　　應(yīng)用預(yù)應(yīng)力超聲沖擊成形模型進行數(shù)值分析，探索了不同預(yù)應(yīng)力狀態(tài)對試件成形的影響規(guī)律，指出試件的預(yù)彎方向的變形隨著預(yù)彎半徑的降低逐漸增加，與預(yù)彎相垂直方向的變形逐漸降低;通過對比窄板和方板試件的預(yù)應(yīng)力超聲沖擊成形，明確了殘余應(yīng)力分布和試件剛度變化在成形過程中的作用，指