《雷射輔助預應力成形對鋁合金力學性能的影響研究》是依託中國科學院力學研究所，由王明星擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：雷射輔助預應力成形對鋁合金力學性能的影響研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：王明星
- 依託單位：中國科學院力學研究所
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
飛機機翼等覆蓋件的製造廣泛採用筋條與蒙皮一體化鋁合金整體壁板。為解決其成形難題，申請人所在課題組提出了雷射輔助預應力成形的新方法並證實了其有效性。高溫度梯度下的非均勻熱軟化和局部大變形導致的非均勻硬化是該成形的基本特徵，兩種非均勻效應的耦合作用對鋁合金壁板的材料組織和力學性能的影響與均勻狀態的作用規律及機制不盡相同。本項目將以常用壁板材料2024 和7075鋁合金為對象，通過對雷射輔助預應力成形前後的材料微觀組織結構分析，成形過程的溫度場和應力場分析，探討雷射非均勻熱軟化行為和局部變形硬化行為以及兩者耦合作用規律與機制；結合力學性能試驗與殘餘應力的測試分析，重點揭示雷射輔助預應力成形時，非均勻熱軟化效應與變形硬化效應的耦合作用對材料力學性能尤其是疲勞性能的影響規律；為鋁合金整體壁板雷射輔助預應力成形的工程套用提供理論依據。
結題摘要
大型、複雜結構和帶筋條鈑金零件的成形，是當前航空製造領域亟待解決的重要技術難題之一，申請人所在課題組提出了雷射輔助預應力成形方法並證實了其有效性。本項目以航空2024和7075鋁合金鈑金件為對象，通過對樣件的成形規律、微觀組織、顯微硬度、殘餘應力和疲勞壽命的考察，重點研究了雷射輔助預應力成形方法對鋁合金鈑金零件成形能力和疲勞性能的影響規律，並探索改善和提高受局部熱效應影響鋁合金鈑金零件疲勞壽命的方法。為鋁合金整體壁板雷射輔助預應力成形的工程套用提供理論依據。主要研究成果如下：1.建立並通過實驗驗證了雷射輔助預應力成形的有限元模型，分析了雷射參數對成形能力的影響，結果表明，П1、П2對成形能力起增強作用，П3則相反。在彈性載入條件下，成形量和能量轉化率隨著預應力水平的增加而增加。2.對於薄板樣件，由於熱軟化效應，雷射輔助成形樣件的顯微硬度降低；成形後樣件疲勞性能下降，但通過噴丸處理可以改善和提高。3. 對於結構複雜的有加強筋的樣件，可以通過重複進行雷射輔助預應力成形工藝不斷提高其成形量。這是因為雷射輔助預應力成形時，相對於整個結構件而言，雷射直接作用區和熱軟化區很小，而樣件整體的塑性變形是該區域以及其它區域變形協調的結果，因此其它區域會因發生塑性變形而硬化；但因為硬化區遠大於軟化區，故樣件整體呈現硬化趨勢，即樣件的結構屈服強度會隨著雷射輔助預應力成形次數的增加而提高。4. 對於複雜結構樣件，雷射輔助預應力增量成形、預應力時效成形和預應力噴丸成形沒有改變鋁合金的相組成。由於熱輸入方式不同，析出相尺寸和分布不同。雷射輔助預應力增量成形中，雷射作用區應力下降，因此樣件的疲勞壽命受影響。但雷射作用範圍小，疲勞性能下降不顯著，比預應力時效成形有明顯優勢。
