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带阻尼台叶片锻造过程有限元数值模拟

作　者: 杨铮鑫
导　师: 黄勇；齐广霞
学　校: 沈阳理工大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 钛合金带阻尼台叶片超塑性精锻数值模拟
分类号: TG316
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

带阻尼台叶片是航空发动机中一类具有优异抗振性能和高效率的叶片。由于叶片形状复杂,所用材料难变形,目前对其精锻成形工艺的研究尚未深入,还缺乏系统性和规律性的认识,其精锻工艺的研究还处于试研阶段,因而有必要深入研究其精锻成形规律,掌握工艺参数对成形过程的影响。为此,本文基于大型体积成形软件DEFROM3D,对带阻尼台钛合金叶片超塑性精锻成形规律进行三维有限元模拟,该研究对掌握带阻尼台叶片精锻过程成形规律具有重要理论意义和实用价值。本文的主要研究内容和结果如下:以Pro/Engineer为软件平台,采用三维特征设计方法实现带阻尼台叶片的快速建模。通过计算确定了平衡角的大小为3.3°,方向为顺时针。设计了毛边槽,确定了压力中心,设计了分模线以及对榫头各参数的设定。利用PRO/E软件所具备的参数化设计的功能对带阻尼台叶片的精锻模具进行了设计。基于大型体积成形软件DEFROM3D,研究了带阻尼台叶片超塑性精锻过程模拟计算的实现方法,解决了如边界条件、网格划分、迭代收敛控制、求解器的选用等关键技术问题,确保模拟计算的顺利进行。对钛合金带阻尼台叶片精锻成形过程进行了三维数值模拟,对其超塑性成形做出了试探性的研究,获得了其精锻成形规律。根据模拟结果,获得了其损伤情况,等效应力应变场分布、载荷—下压量曲线,得到了工艺参数优化值,即终锻温度950℃,上模速度0.001 mm /s ,摩擦系数0.1。最后,通过与传统工艺路线的模拟结果相对比,验证了超塑性工艺路线的合理性和优越性。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-22
  1.1 引言  11-12
  1.2 文献评述  12-16
    1.2.1 金属塑性成形过程的研究方法  12-13
    1.2.2 叶片精密锻造技术的研究现状  13-14
    1.2.3 叶片锻造过程有限元模拟的发展现状  14-15
    1.2.4 钛合金叶片锻造过程有限元模拟的研究现状  15-16
  1.3 钛合金概述  16-20
    1.3.1 钛合金的特点  16-17
    1.3.2 钛合金锻造特点  17-18
    1.3.3 钛合金的超塑性  18-20
  1.4 选题背景  20-21
  1.5 本课题主要任务  21-22
第2章三维刚塑性/刚粘塑性有限元方法基本原理  22-34
  2.1 引言  22
  2.2 刚塑性/刚粘塑性有限元法  22-26
    2.2.1 有限元法简介  22-25
    2.2.2 刚塑性/刚粘塑性有限元基本假设  25
    2.2.3 刚塑性/刚粘塑性有限元基本方程  25-26
  2.3 刚塑性/刚粘塑性有限元基本变分原理  26-27
  2.4 刚粘塑性有限元求解方程  27-33
    2.4.1 刚粘塑性有限元求解步骤  28
    2.4.2 变形体离散化  28
    2.4.3 三维等参单元列式  28-31
    2.4.4 单元刚度方程  31-33
    2.4.5 线性化处理  33
  2.5 本章小结  33-34
第3章带阻尼台叶片PRO/E 造型及终锻模设计  34-45
  3.1 引言  34
  3.2 带阻尼台叶片PRO/E 造型  34-37
    3.2.1 Pro/Engineer 简介  34-35
    3.2.2 带阻尼台叶片实体造型  35-37
  3.3 带阻尼台叶片终锻模PRO/E 设计  37-43
    3.3.1 平衡角的确定  37
    3.3.2 毛边槽的设计  37-38
    3.3.3 锻模压力中心的确定  38-40
    3.3.4 榫头的投影角和倾角的计算  40-41
    3.3.5 前倾量和后移量的计算  41
    3.3.6 分模线的选择  41
    3.3.7 PRO/E 模具设计  41-43
  3.4 本章小结  43-45
第4章带阻尼台叶片三维有限元模拟的参数设定  45-55
  4.1 引言  45
  4.2 DEROTM3D 中三维模型的导入  45-46
  4.3 TI-6AL-4V 合金精锻本构关系  46-49
  4.4 其他模拟分析条件  49-54
    4.4.1 网格划分及重划  49-51
    4.4.2 边界条件的处理  51-52
    4.4.3 求解、迭代方法的设定  52
    4.4.4 增量步长的控制  52-54
  4.5 本章小结  54-55
第5章数值模拟结果分析以及工艺路线的确定  55-77
  5.1 引言  55
  5.2 传统工艺锻造过程数值模拟结果分析  55-61
    5.2.1 带阻尼台叶片预锻模的设计  56-57
    5.2.2 预锻过程有限元数值模拟  57-59
    5.2.3 终锻过程有限元数值模拟  59-61
  5.3 超塑性成形数值模拟结果分析  61-66
    5.3.1 存在的问题及分析改进  61-62
    5.3.2 带阻尼台叶片精锻成形过程  62-64
    5.3.3 带阻尼台叶片超塑性精锻成形特点  64-66
  5.4 温度对带阻尼台叶片超塑性精锻成形的影响规律  66-70
    5.4.1 温度对等效应力场分布的影响  66-67
    5.4.2 温度对等效应变场分布的影响  67-69
    5.4.3 温度对载荷—行程曲线的影响  69-70
  5.5 上模压下速度对带阻尼台叶片超塑性精锻成形的影响规律  70-74
    5.5.1 上模压下速度对等效应力场分布的影响  71-73
    5.5.2 上模压下速度对等效应变场分布的影响  73
    5.5.3 上模压下速度对载荷—行程曲线的影响  73-74
  5.6 TI-6AL-4V 合金带阻尼台叶片精锻工艺路线的确定  74-76
  5.7 本章小结  76-77
结论  77-78
参考文献  78-83
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  83-84
致谢  84-85
详细摘要  85-93

带阻尼台叶片锻造过程有限元数值模拟

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