考虑残余应力场的铣削-蠕变时效成形全流程仿真方法技术

本发明专利技术涉及一种考虑残余应力场的铣削

【技术实现步骤摘要】
考虑残余应力场的铣削
‑
蠕变时效成形全流程仿真方法


[0001]本专利技术属于钣金成形
，涉及一种考虑残余应力场的铣削
‑
蠕变时效成形全流程仿真方法。

技术介绍

[0002]铝合金壁板的成形制造需要通过多种制造工艺相互结合。一种典型制造路线为，整体壁板结构件首先由轧制所得块体原材料通过铣削加工制备板坯，然后经过蠕变时效成形(CAF)工艺同时成形成性，以获得具有预期形状和性能的最终产品。铝合金壁板成形制造过程中铣削和CAF多个工艺之间残余应力的产生和影响对最终构件，特别是对于具有高精度和高性能要求的航空航天产品来说非常重要。然而由于残余应力本身的复杂性，通过实验法难以直接实时观测获得，实验法中的破坏法如钻孔法、剥层法等测残余应力成本高、难度大，非破坏法测残余应力仅能测试材料表面或浅表层残余应力，且技术复杂，设备昂贵。基于有限元仿真开展残余应力预测及其影响研究是一种有效的实验替代方法，已在多类工艺中应用。但对于铣削过程而言，铣削残余应力主要存在于材料表面(微米级)，因而需要在整体模型表面划分微米级的极细网格，导致整体仿真模型网格数量巨大、仿真效率极低，时间极长，无法满足使用需求。因此现有的CAF有限元仿真中极少考虑前序铣削工艺产生的残余应力，仅进行CAF单个工艺过程的仿真，无法全面考虑铣削过程导致的板材变形及残余应力，从而显著影响CAF成形预测精度，进而难以准确指导实际铣削和CAF的加工过程。

技术实现思路

[0003]鉴于上述分析，本专利技术实施例旨在提供一种考虑残余应力场的铣削
‑
蠕变时效成形全流程仿真方法，用以解决现有的仿真方法仿真效率低、结果不准确的问题。
[0004]本专利技术提供了一种考虑残余应力场的铣削
‑
蠕变时效成形全流程仿真方法，具体步骤包括：
[0005]测试铝合金块材的初始残余应力，获得铝合金块材的初始残余应力测试值；
[0006]对铝合金块材实施铣削，测试铣削过程中的铣削力；
[0007]建立铝合金块材铣削模型，对铝合金块材进行分级铣削仿真，并将获得的初始残余应力测试值和铣削力导入分级铣削仿真过程中，得到铣削后构件表面及全厚度范围的残余应力分级仿真预测值；
[0008]对残余应力分级仿真预测值进行重构，获得整体残余应力重构值；
[0009]建立铣削后构件模型，将整体残余应力重构值导入铣削后构件模型中，进行铣削后构件变形仿真，获得具有铣削后平衡残余应力及变形的蠕变时效成形初始状态模型；
[0010]对蠕变时效成形初始状态模型进行蠕变时效成形工艺仿真，获得蠕变时效成形工艺后成形件的形状及性能预测结果。
[0011]可选地，获得铝合金块材的初始残余应力测试值分为沿铝合金块材厚度方向分布的轧制方向及垂直轧制方向的初始残余应力测试值。
[0012]可选地，对获得的铝合金块材的初始残余应力测试值进行处理，处理的具体步骤如下：
[0013]拟合获得的铝合金块材轧制方向及垂直轧制方向的初始残余应力测试值：
[0014][0015]其中，σ
x
(z)为铝合金块材沿厚度方向分布的轧制方向初始残余应力的拟合值，σ
y
(z)为铝合金块材沿厚度方向分布的垂直轧制方向初始残余应力的拟合值，z为铝合金块材的厚度方向位置值，i为项的次数，n为多项式最高项次数，a
i
及b
i
为多项式中项的系数。
[0016]可选地，对铝合金块材实施铣削，测试铣削过程中块材的x,y和z轴三向铣削力。
[0017]可选地，建立铝合金块材铣削仿真模型时，
[0018]建立全尺寸初始铝合金块材铣削仿真主模型，使用生死单元法进行全尺寸初始铝合金块材铣削过程仿真；获取铣削后、夹具释放前的铣削后构件仿真主模型中轧制方向及垂直轧制方向的体残余应力σ
bx
(z)、σ
by
(z)仿真分布值；
[0019]建立铝合金块材表面局部铣削仿真子模型，使用表面网格细化的二维代表性模型进行铝合金块材表面局部单道次铣削过程仿真；获取单道次铣削后，夹具释放前的铣削后构件仿真子模型中轧制方向的表面微米级残余应力σ
sx
(z)仿真分布值；
[0020]提取σ
bx
(z)、σ
by
(z)和σ
sx
(z)仿真分布值作为仿真预测值，并设定垂直轧制方向的表面微米级残余应力σ
sy
(z)＝σ
sx
(z)。
[0021]可选地，将体残余应力和表面微米级残余应力仿真预测值相加整合，得到重构后的铣削后构件的轧制方向及垂直轧制方向的整体残余应力σ
mx
(z)＝σ
bx
(z)+σ
sx
(z),σ
my
(z)＝σ
by
(z)+σ
sy
(z)。
[0022]可选地，建立铣削后壳单元构件模型，将整体残余应重构值导入壳单元模型中，实现仿真整体残余应力从体单元到壳单元的传递。
[0023]可选地，建立全尺寸初始铝合金块材铣削仿真主模型时和建立铝合金块材表面局部铣削仿真子模型时，将初始铝合金块材主模型和铝合金块材表面局部子模型进行网格单元划分；二者使用不同的网格单元类型。
[0024]可选地，将铝合金块材轧制方向及垂直轧制方向的初始残余应力测试值导入初始铝合金块材铣削仿真主模型中。
[0025]可选地，沿厚度方向逐层提取铝合金构件垂直厚度方向的平面内轧制方向及垂直轧制方向的单元积分点的体残余应力和轧制方向的表面微米级残余应力仿真分布值；分别将每一层提取出的多个体残余应力和表面微米级残余应力仿真分布值取平均，使用平均值作为对应层的体残余应力和表面微米级残余应力仿真预测值。
[0026]与现有技术相比，本专利技术至少可实现如下有益效果：
[0027](1)本专利技术全面考虑初始材料残余应力、铣削表面残余应力以及铣削变形对蠕变时效成形回弹及性能演变的影响，从而提高铝合金壁板的成形预测精度。
[0028](2)本专利技术结合主、子模型进行分级铣削仿真，主模型采用生死单元法获取由于材料去除重分布的体残余应力，子模型采用二维单道次铣削仿真获取铣削表面残余应力。此仿真方法解决了生死单元法无法实现表面微米级铣削残余应力预测的问题，同时相比三维全尺寸铣削仿真法，又极大提升了仿真效率。
[0029](3)本专利技术针对不同工艺采用不同单元类型进行仿真，铣削仿真模型单元类型采用实体单元，CAF模型单元类型采用壳单元，解决了不同单元类型之间数据传递的难题。将铣削表面残余应力通过壳单元的积分点引入CAF模型中，避免同样状态下采用实体单元进行CAF仿真需要在表面划分极细网格，导致仿真过程效率极低的问题。
附图说明
[0030]附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本专利技术的限本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑残余应力场的铣削
‑
蠕变时效成形全流程仿真方法，其特征在于，具体步骤包括：测试铝合金块材的初始残余应力，获得铝合金块材的初始残余应力测试值；对铝合金块材实施铣削，测试铣削过程中的铣削力；建立铝合金块材铣削模型，对铝合金块材进行分级铣削仿真，并将获得的初始残余应力测试值和铣削力导入分级铣削仿真过程中，得到铣削后构件表面及全厚度范围的残余应力分级仿真预测值；对残余应力分级仿真预测值进行重构，获得整体残余应力重构值；建立铣削后构件模型，将整体残余应力重构值导入铣削后构件模型中，进行铣削后构件变形仿真，获得具有铣削后平衡残余应力及变形的蠕变时效成形初始状态模型；对蠕变时效成形初始状态模型进行蠕变时效成形工艺仿真，获得蠕变时效成形工艺后成形件的形状及性能预测结果。2.根据权利要求1所述的考虑残余应力场的铣削
‑
蠕变时效成形全流程仿真方法，其特征在于，获得铝合金块材的初始残余应力测试值分为沿铝合金块材厚度方向分布的轧制方向及垂直轧制方向的初始残余应力测试值。3.根据权利要求2所述的考虑残余应力场的铣削
‑
蠕变时效成形全流程仿真方法，其特征在于，对获得的铝合金块材的初始残余应力测试值进行处理，处理的具体步骤如下：拟合获得的铝合金块材轧制方向及垂直轧制方向的初始残余应力测试值：其中，σ
x
(z)为铝合金块材沿厚度方向分布的轧制方向初始残余应力的拟合值，σ
y
(z)为铝合金块材沿厚度方向分布的垂直轧制方向初始残余应力的拟合值，z为铝合金块材的厚度方向位置值，i为项的次数，n为多项式最高项次数，a
i
及b
i
为多项式中项的系数。4.根据权利要求3所述的考虑残余应力场的铣削
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蠕变时效成形全流程仿真方法，其特征在于，对铝合金块材实施铣削，测试铣削过程中块材的x,y和z轴三向铣削力。5.根据权利要求4所述的考虑残余应力场的铣削
‑
蠕变时效成形全流程仿真方法，其特征在于，建立铝合金块材铣削模型时，建立全尺寸初始铝合金块材铣削仿真主模型，使用生死单元法进行全尺寸初始铝合金块材铣削过程仿真；获取铣削后、夹具释放前的铣削后构件仿真主模型中轧制方向及垂直轧制方向的体残余应力σ
bx
(z)、σ
by
(z)仿真分布值；建立...

【专利技术属性】
技术研发人员：李勇，甘宛妮，李东升，
申请(专利权)人：深圳北航新兴产业技术研究院，
类型：发明
国别省市：