基于机器学习嵌接有限元的蠕变时效成形全过程形性演变预测

针对蠕变时效成形中存在的蠕变变形和时效强化动态交互耦合作用导致成形精度难以准确预测和控制问题,提出了一种基于机器学习的方法来预测蠕变时效过程中的形性演变。利用单向拉伸蠕变时效实验数据训练神经网络(NN)模型,用以描述蠕变时效本构关系。对比统一本构模型、反向传播NN(BPNN)模型、粒子群优化BPNN(PSO-BPNN)模型、遗传算法优化BPNN(GA-BPNN)模型对形性演变的预测效果,发现GA-BPNN和PSO-BPNN模型分别对蠕变应变和屈服强度具有较高的拟合精度。通过子程序将NN模型与有限元程序嵌接,实现了蠕变时效成形全过程的模拟,预测了铝合金板材蠕变变形和屈服强度的演变。针对回弹,相较于统一本构模型26.5%的误差,GA-BPNN模型的预测精度有较大提高,误差仅为5.1%。证明了采用机器学习的方法探寻蠕变时效本构关系并通过BPNN模型嵌接有限元模拟实现形性演变精确预测具有可行性。

铝合金时效成形及时效成形铝合金

介绍了铝合金时效成形的方法、基本原理、工艺特点及应用情况,概括了国外研究铝合金时效成形工艺及相关可时效成形铝合金的现状,重点阐述了时效成形对铝合金微观组织结构的影响。

蠕变时效成形技术研究现状与发展趋势

蠕变时效成形技术是利用金属的蠕变特性,将成形与时效热处理同步进行的一种成形方法。文章从蠕变时效成形基本原理以及成形特点出发,重点阐述了基于零件回弹补偿的工装外型面的优化技术、成形工装、蠕变时效成形过程对零件材料微观组织性能的影响和新型可时效成形铝合金的开发及应用等关键技术的研究进展及发展趋势,并针对我国大飞机的研制需求,结合国内现有研究基础和水平,提出了我国开展蠕变时效成形技术研究的建议。

2A12铝合金筋板件搅拌摩擦焊工艺及焊后时效成形

基于焊接结构件的时效成形工艺为大型整体壁板类零件的低成本制造提供了一条新思路。为评价该工艺的可行性并探索其实现基础,针对2A12铝合金典型筋板试验件,探索了其搅拌摩擦焊工艺,并对焊后筋板件的时效成形性进行了评价。结果表明,采用单独的T型搅拌摩擦焊工艺即可实现该类筋板件的焊接成形,且调整焊接工艺参数,可获得良好的焊接性能。焊接接头不同区域表现出与母材在组织和性能上的差异性,前进侧热机影响区为其薄弱区。焊后筋板件具有较好的蠕变时效成形效果,零件成形质量随时效时间和时效温度的增大而提高。

大型机翼整体壁板时效成形技术

分析了单级时效、双/多级时效、振动时效以及应力位向效应等工艺措施和因素对铝合金机翼整体壁板材料时效成形特性的影响,得到以下结论:应采用双/多级时效处理,以提高成形后壁板材料的综合性能;应采用振动时效应力松弛,以加速应力松弛,降低回弹,并提高成形后壁板材料的抗疲劳性能;对时效过程中存在应力位向效应的铝合金,应设计合适的时间温度曲线与加载曲线,以避免壁板材料因应力位向效应产生各向异性,导致材料屈服强度降低。提出了大型机翼整体壁板时效成形的工艺流程,给出了成形过程中热压罐内的温度时间曲线和气压时间曲线;提出了成形工装的模块化、标准化与柔性化设计以及解决壁板时效成形回弹问题的有限元方法,并对中国研究发展大型机翼整体壁板时效成形技术提出了建议。

应力对7050铝合金时效成形组织和性能的影响

采用显微硬度、透射电子显微镜等手段,研究了应力时效对预时效态7050铝合金时效析出行为与硬度的影响,并通过与无应力时效进行对比揭示了外加应力对预时效态7050铝合金时效硬化的作用机制。研究结果表明:与无应力时效相比,外加应力可加速7050铝合金时效硬化速率,减小峰值硬度和缩短欠时效时间,同时外加应力能促进7050铝合金析出相的析出和长大。此外,TEM观察表明:应力时效过程中合金性能的变化与其微观组织的演变密切相关;应力时效初期,η'相的析出使硬度上升并达到峰值;随后,η'相转变成η相以及η相粗化引起硬度单调下降。

整体壁板时效成形模具回弹补偿的工艺研究

时效成形是解决整体高筋壁板成形、提高零件制造精度和使用寿命的有效工艺方法,但由于具有回弹量大,且模具型面难以确定和修正的特点,限制了其在国内工程化的应用。该文针对小曲率、小变形整体壁板的时效成形,通过时效成形基础试验,研究其回弹规律,并应用几何补偿算法,进行模具型面的回弹补偿计算。实验验证表明,零件外形曲面误差小于1mm,筋条处的误差小于0.5mm,证明该回弹规律及补偿算法具有有效性和准确性。

7055铝合金加筋板蠕变时效成形有限元仿真

基于铝合金时效成形机理的蠕变统一本构方程,应用大型商业化有限元软件MSC.Marc,对其进行二次开发,实现7055铝合金加筋板蠕变时效成形过程仿真模拟,结合ATOS Professional软件分析加筋板成形后回弹率,并通过实验研究验证仿真结果的正确性。结果表明:单纯静力加载后加筋板的回弹量为16.14%,而经过蠕变时效后加筋板的回弹量降低为10.34%,筋条对构件蒙皮的回弹起到一定的抑制作用;蠕变时效后加筋板的几何形状是由筋板的塑性变形与构件的蠕变应变共同决定的。

筋板类LY12铝合金零件蠕变时效成形有限元分析

蠕变时效成形技术对于航空航天器件中大型复杂整体壁板类零件的制造具有独特优势,被认为是大型飞机特别重要的金属成形工艺之一。文章利用自行设计的工装,经试验确定了LY12铝合金的最佳蠕变时效成形温度;通过蠕变拉伸试验,得出LY12铝合金材料在最佳温度下的蠕变本构方程中的材料常数,并应用有限元软件ABAQUS分析了筋板类LY12铝合金零件的弯曲蠕变过程及回弹效应。

铝合金整体壁板时效成形模具型面构造

时效成形是飞机整体壁板的主要成形工艺之一,由于成形过程中回弹量大的特点,需要对模具进行补偿以消除回弹对零件成形精度的影响。为了有效消除回弹影响,提出一种有限元模拟与物理试验相结合的思路,基于有限元模具型面回弹补偿—试验迭代的频域模具型面修正方法。以2124铝合金材料为例,以零件理论外形作为初始模具型面对整体壁板进行仿真回弹补偿迭代,经过6次补偿,零件成形误差减小到0.47 mm,把有限元迭代所得模具型面进行工艺试验,验证结果表明,仿真迭代所得模具型面成形零件的误差为0.63 mm;达不到0.5 mm的外形误差要求。进一步采用模具'频域'修正算法对时效成形模具型面进行修正,经过2次修正,成形零件误差降低至0.484 mm,满足使用要求,结果表明该方法可行。

热处理对2A12铝合金搅拌摩擦焊板件时效成形的影响

为减弱或消除搅拌摩擦焊工艺(FSW)对时效成形的不利影响,改善2A12铝合金FSW构件的时效成形后的综合性能,通过设计不同的预热处理和时效成形组合工艺,试验研究热处理对2A12铝合金FSW构件时效成形组织和性能的影响。结果表明,在其他条件相同的情况下,预热处理(退火+固溶处理)可有效改善FSW构件的时效成形性。与单一时效成形过程相比,退火+固溶+时效成形组合工艺下,焊接构件的回弹率降低,抗拉强度和焊缝硬度显著提高,且预热处理的存在使得焊缝区域组织得到一定程度的细化和均匀化。经退火+固溶+时效成形的焊件,回弹率可达17.98%;抗拉强度可达394 MPa,为母材的89.5%。

7B04铝合金时效成形本构模型研究与有限元应用

通过ABAQUS软件的二次开发,将蠕变-时效本构模型应用于铝合金时效成形的有限元分析,得出铝合金等厚板在时效成形过程中的等效蠕变应变、屈服强度,以及析出相尺寸和分布的变化规律,并通过铝合金等厚板弯曲-时效成形的实验,验证了模型的准确性。

2124铝合金时效成形回弹预测

为预测2124铝合金时效成形的回弹量,对时效成形过程进行了理论分析,提出了通过应力松弛量计算时效成形回弹的方法。进行了单向应力松弛试验,得到2124铝合金应力松弛行为的数学表达式,推导出回弹后零件半径的计算公式,并通过实验证明其有效。运用得到的公式研究了弯曲半径、零件厚度和时效时间对回弹量的影响,得到了相应的变化规律和回弹量的下限值,并且给出时效成形回弹成因的解释,并提出材料的应力松弛极限是时效成形回弹的成因之一。

基于粘弹塑性模型的时效成形仿真

为描述时效成形过程中的弹性、塑性和粘性变形,采用粘弹塑性本构模型进行时效成形有限元仿真。通过推导增量形式的本构方程,将粘弹塑性模型应用于有限元软件ABAQUS。通过反分析的方法确定铝合金2124T851的粘性系数,并且将仿真结果与试验结果进行对比,检验了本构方程和材料参数的有效性。运用有限元仿真,研究了预热对时效成形回弹的影响和在特定工艺条件下时效成形中粘性变形和塑性变形所占的比例。

2324铝合金蠕变时效成形有限元分析

蠕变时效成形技术是利用金属的蠕变特性,将成形与时效同步进行的一种成形方法。该成形方法适于成形可时效强化型合金的整体带筋和变厚度大曲率复杂外形和结构的整体壁板构件,被认为是下一代大型民用飞机特别重要的金属成形工艺之一。文章根据蠕变试验数据,确定了2324铝合金蠕变本构方程中的材料常数,并应用有限元软件ABAQUS/Standard,通过编写蠕变子程序,对2324铝合金板单曲率弯曲、蠕变和回弹进行了有限元分析。

基于MATLAB的ABAQUS二次开发(下)——在时效成形回弹补偿中的应用

为验证MATLAB在ABAQUS二次开发中的应用,使用MATLAB编程对T型梁的网格划分进行优化,并且反分析模型的材料参数,计算得到了回弹补偿方程。提出一种基于平面曲线基本方程的几何回弹补偿方法,结合回弹补偿方程,对壁板的时效成形模具型面进行初步的回弹补偿。利用所开发的程序,以几何回弹补偿型面为初始值,对模具型面进行迭代补偿。仿真结果显示,壁板成形后的外形和设计外形的偏差在0.8mm以内。证明了MATLAB在ABAQUS二次开发中的有效性。

铝合金2324蠕变时效成形试验研究

蠕变时效成形技术是利用金属的蠕变特性,将成形与时效热处理同步进行的一种成形方法。文章以可时效强化型铝合金2324为研究对象开展蠕变时效成形试验,考察了厚度、弹性预变形量、时效时间和温度的综合效应对成形曲率半径和材料性能的影响规律,并通过正交多项式回归分析,建立了回弹率与4个试验因素之间的回归方程,为实际工艺参数的优化以及回弹预测提供参考。

振动对7055铝合金蠕变时效成形的影响

采用自制单曲率蠕变成形模具和振动试验平台,在淬火态7055铝合金板材蠕变时效成形过程中引入振动作用。研究了成形曲率、温度与振动方式对试样回弹量、力学性能和微观组织的影响。结果表明:在一定时间范围内,振动蠕变成形加速应力松弛,降低回弹量;促进铝合金的强化相析出且分布更加弥散;提高强度。在本文的试验条件下(120℃/24h),引入振动使峰值时效试样的强度提高7%,回弹量降低12.3%。

基于偏差调节法的蠕变时效成形回弹补偿研究

为解决蠕变时效成形后板料回弹较大的问题,基于偏差调节法,在不同补偿方向建立了考虑水平方向偏差的模具型面修正方案.利用ABAQUS软件建立了板料成形的有限元模型并对成形过程进行了模拟,并分别用偏差调节法和改进后的方法通过反复迭代对构件进行回弹补偿.结果表明,使用偏差调节法至少需要5次迭代才能使构件满足成形精度要求,而考虑水平偏差的方法仅需要3次,而且获得的构件的精度更高.研究表明考虑水平偏差的方法具有收敛速度快、成形精度高的特点.

铝合金厚板时效成形回弹补偿算法

时效成形是一种适用于飞机整体壁板零件制造的成形工艺,具有回弹量大的特点,因此需要在准确预测回弹量的基础上对模具型面进行修正,以消除回弹对成形精度的影响。本文提出了一种基于有限元计算驱动的适用于铝合金时效成形的模具型面迭代修正算法,并应用该算法进行了单曲率的圆柱面零件、双曲率的球面零件及马鞍形零件的修模计算分析。通过4次迭代计算,使圆柱面和球面零件成形误差减小到0.4mm以内;通过5次迭代,使马鞍形零件除4个角部外,其余部位型面误差小于0.5mm。证明了该回弹补偿算法具有计算精度高、收敛速度快的优点。