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2、A)“9%：EJ13CDJ1D?； F262D1 1B1G16D G1DH； 5B;G262;G 5BB: EB5D1铝合金厚板经淬火、 时效后会产生较大的残余应 力， 在后续机械加工过程中， 由于应力释放会引起零件 严重变形， 甚至报废。为了消除残余应力， 铝合金板生 产过程中采用预拉伸工艺， 即在淬火后进行一定变形量 的拉伸， 可以很好地消除在板材淬火过程中形成的残余 应力。同时， 由于预拉伸板尺寸较大， 成本高， 不便依赖 传统的设计经验、 方法反复试验来调整拉伸力、 拉伸量、 确定锯切区域， 为缩短产品开发周期， 降低成本， 采用弹 塑性有限元%， *的方法进行分析。%预拉伸过程及机理
3、在铝合金厚板的生产过程中， 由于淬火过程在 板材中形成了大量的残余应力， 因此在淬火后， 要通 过预拉伸过程来消除残余应力。预拉伸工艺消除残 余应力的机理是： 对于淬火后的铝合金板材， 在拉伸 机上给予 %P Q #P的塑性变形， 实质就是使板材内 部沿厚度方向上的残余应力重新分布， 趋向均匀。 进一步说， 预拉伸的目的是为了在板材中得出与淬 火过程中所产生的相反的应力， 使其残余的内应力绝对值及其正负内应力的差值越来越小。金属内部 高能量的缺陷在应力偏张量的作用下运动， 达到新 的低能量的平衡， 从而降低金属内的残余应力。预 拉伸工艺如图 % 所示。图 B铝合金预拉伸工艺图!预拉伸有限元分析
4、!-%计算模型的建立 问题描述： 尺寸为 !“ GG （!） R % !#“!， 8? ;%A L1=71D M83723 NB723 1 *H 4 O82HD72A1 ?727 ， .R，（)#） ： )# / R$, # -7IP1AD S J7%A， -7IP1AD L :7DD, LAB7=91D ; 72 FD9%729% JD1） 亨德森 （:A2=AB82） 厂， 新建的； 得克萨斯州 （QAG1B） 康麦斯 （V8%AIA） 厂， 新建 的； 莫莱特 （-82A） 厂， $! 年从威尔斯铝业公司 （WADDB FD9%729% V8E） 收购的； 纽约州 （O5） 埃棱维尔 （
5、DH DA2C7DDA） 厂； 佛罗里达州 （MD1） 圣奥古斯汀 （;,F939B72A） 厂； 亚利桑那州 （F7） 福尼克斯 （JP8A27G） 厂。这些厂再 生铝合金的质量与用原铝配的相当， 因而成本较低， 很有市场竞争力； 生产的锭主要为供挤压用的圆锭， 基本 上是 采用x射线衍射仪对加工后表面残余应力进行测量,并分析了加工表面硬度.通过试验研究,得出了预拉伸力、工件厚度、加工参数等对表面残 余应力的影响趋势.研究表明,通过单向预拉伸夹紧可以对铣削工件的表面残余应力实现有效的控制,可以优选出满足目标应力水平要求的工艺参数.文章的 最后对预拉伸夹紧铣削的应用范围进行了探讨.2.期刊论文
6、 张延成.巩亚东.孙维堂.朱立达.ZHANG Yan-cheng.GONG Ya-dong.SUN Wei-tang.ZHU Li-da 预拉伸铝合金厚板内部残余应力分布的测试方法 -东北大学学报（自然科学版）2008,29(7)根据弹性力学理论,针对铝板内部拉、压应力分布所产生的两种不同应变情况,推导出适应不同应变情况的改进剥层应变法.为验证该方法的准确性,通 过有限元的方法对试件施加已知的初始内应力,运用生死单元技术模拟材料的去除,将得到的应变代入利用推导公式设计的VB数据处理系统中求出剥层深度 应力.将求得的应力与初始已知的应力相比较,发现两者能很好地吻合,说明该方法可以用于预拉伸铝合金
7、厚板内部残余应力的测量.3.学位论文 张园园 铝合金厚板淬火过程及预拉伸热力仿真与实验研究 2008高强高韧、低残余应力的7075铝合金预拉伸板是现代航空、武器装备工业必不可少的关键材料。这种合金经过固溶热处理、淬火及后续的时效强化后 大大提高了其强度。然而快速冷却虽然保证了合金良好的力学性能，但温度梯度会造成很高的残余应力，降低冷却速度会减小残余应力，但也降低了其力 学性能。因此，在保证铝合金厚板的力学性能的同时，又能大幅度的减少淬火残余应力成为其研制过程中一个亟待解决的问题。预拉伸是一种消除淬火残 余应力最简单有效的方法之一，即在淬火时效前给予厚板1.0-3.0的总伸长量。 学位论文的主要
8、研究内容为： （1）根据传热学基本微分 方程，建立大型铝板一维热传导的数学模型，利用MATLAB软件编制了求解换热系数的程序，并把所求解的换热系数作为温度场仿真中的对流换热边界条件 。 （2）借助有限元分析软件MSC.Marc，建立了7075铝合金厚板的温度场、内应力场、以及预拉伸的计算机模型，模拟过程考虑了材料特性随温度变 化的影响。 （3）用有限元的方法，探明了预拉伸对消除7075高强度铝合金厚板淬火残余应力的作用规律。对不同的拉伸工艺进行了分析并计算了不 同初始条件下的残余应力消减率。预拉伸不仅可以消除轧制方向的残余应力，而且可使横向方向的残余应力也有较大幅度降低。 （4）对预拉伸板的
9、等效应变分布云图的分析表明：7075铝合金预拉伸板远离钳口区塑性应变分布均匀（约等于各个拉伸量），靠近钳口区应变分布不均并且变化剧烈。根据 塑性应变分布云图可以很容易确定应变大于3.0的区域，这为预拉伸板的锯切提供了依据，并计算了工业应用大尺寸铝合金厚板某些夹具失效时的锯切率 。 （5）为了验证仿真结果，建立铝合金厚板淬火试验平台和预拉伸试验平台，采用裂纹柔度法分别测得铝合金厚板拉伸前和拉伸后的残余应力，通 过对比分析，两者取得较好的一致性。 以上研究内容、方法与结论对完善和控制大型铝材预拉伸工艺的研究具有一定的指导意义。4.学位论文 辜蕾钢 铝合金厚板预拉伸及淬透性研究 2004本文对铝合金
10、厚板淬火后力学性能沿厚度方向的差异化分布进行了研究,采用拉伸实验和硬度实验,金相实验,以及Jominy实验相结合的手段对几种常用 铝合金的淬透性能进行了测定,分析了淬火介质温度对厚板力学性能的影响,淬火冷速与淬火组织的关系,得到了2024、6082铝合金的淬硬层深度.时效强化 铝合金的力学性能随自然时效时间变化,为了保证预拉伸板的质量,避免过拉伸和拉伸不足的情况,建立了时效时间为影响因素的应力应变关系数学模型,便 于拉伸机的计算机在线控制.同时,运用弹塑性有限元法对厚板预拉伸过程进行了数值模拟,结合有限元软件ANSYS进行计算,给出了拉伸变形的等效应力应变 分布云图,发现在厚板不同区域塑性应变
11、分布不同,靠近钳口区塑性应变分布不均而且较小,远离钳口区应变分布均匀,计算出了介于均匀变形和不均匀变形 之间过渡区域的几何尺寸.预应变的值对应着残余应力消除程度,因此根据厚板中塑性应变分布很容易确定塑性应变小于1的区域,应该将其作为废料切除 ,为拉伸板的锯切提供依据.5.期刊论文 赵晓慈.张以都.张洪伟.吴琼.ZHAO Xiaoci.ZHAND Yidu.ZHANG Hongwei.WU Qiong 基于有限元的铝合金预拉伸板振动时效仿真分析 -辽宁工程技术大学学报（自然科学版）2008,27(6)为消除铝合金预拉伸板中的残余应力,采用弹塑性有限元法对振动时效消除残余应力进行数值模拟.研究振动
12、时效工艺参数对残余应力消除的影响,结果 表明只有铝合金预拉伸板产生一定的塑性变形振动时效才能有效消除残余应力;对于共振时效,激振产生的较大振幅能更有效消除残余应力;激振时间对激振 效果影响不大.6.学位论文 刘志鹏 预拉伸控制铝合金焊接残余应力及变形的数值模拟 2008铝合金焊接残余应力和变形一直是影响其广泛应用的主要因素之一。本文采用的预拉伸是一种非常有效的控制焊接残余应力及变形的方法，具有独特 的优越性，在实际工程中将会得到广泛的应用。现在，其研究远远不能满足实际应用的需要。本文采用数值模拟技术，在大型商业通用有限元分析软件 ANSYS基础上，对预拉伸控制焊接残余应力及变形进行了初步研究。
13、 本文基于热弹塑性理论对焊接应力应变场进行了模拟分析，在结构力学基础理论上建 立有限元模型，施加边界条件，计算分析预拉伸的力学行为与预拉伸控制焊接残余应力及变形效果。最后，利用APDL语言编制了具有一定通用性的参数化 模拟分析程序，通过改变模拟参数可以模拟分析不同条件下的焊接与预拉伸处理。 建立了薄板对接过程的三维有限元模型，采用直接耦合法计算分析热- 力耦合效应。采用高斯分布的热源模拟焊接电弧，通过在实体单元施加热流密度实现焊接热源的移动加载。模型中考虑了随温度变化的材料热物理性能参 数，并对材料的高温热物理性能参数进行了适当的选取和调整。采用非均匀网格划分，焊缝及附近区域的网格划分细密，远
14、离焊缝区域网格划分稀疏。 针对焊接热-结构计算分析的高度非线性，采取了一系列措施保证求解的收敛和精度。采用线性搜索、自动时间步、求解预测等措施加强计算的收敛。采用 完全牛顿-拉普森方法进行迭代求解计算焊接应力应变场，同时采用变步长法求解加快计算速度。 模拟结果显示，预拉伸焊接可以有效控制铝合金的焊接 变形及残余应力，随着预拉伸应力的增大，其控制效果愈加明显。通过对计算结果进行分析及与实验结果的对比发现，模拟计算结果与实验测定结果基本 吻合，从而证明了模拟途径的正确性及模拟结果的有效性。 对不同预拉伸应力条件下铝合金板材纵向残余应力的模拟分析结果显示，预拉伸焊接法可以 有效控制铝合金焊接残余应力
15、。随着预拉伸应力增大，其焊后残余应力值逐渐减小，试板横断面上纵向残余应力分布曲线越来越平缓。当预拉伸应力p从 0增加到90%0.2时，纵向残余应力降低了85.6%。采用预拉伸焊接法可以有效控制铝合金板材焊缝及近缝区的纵向挠曲变形，随着预拉伸应力增大，其控 制变形的效果愈加明显，当预拉伸应力p=90%0.2时，焊后纵向挠曲变形最大降幅达70.45%。 分析认为预拉伸焊接法有效地控制焊接残余应力及变形 ，其主要机理为： 在预加应力作用下进行焊接时，高温状态下的塑性变形区向远离焊缝中心方向扩展，从而减小了由周围较冷金属对由焊接热输入引起的 焊缝及近缝区金属热膨胀的纵向塑性挤压程度，进而减小了焊接加热
16、过程中在焊缝及近缝区形成的纵向塑性压应变。在随后焊缝冷却过程中该部位因热收 缩受到限制及预拉伸力对拉应力区的拉伸作用，在该部位产生较大的纵向塑性拉伸。这样在有预拉伸应力下进行焊接时，冷却阶段的塑性拉应变就能大大 的抵消由加热阶段形成的塑性压应变，使焊件中只有较小的纵向残余塑性压应变被保留下来甚至于没有。焊件上发生的残余压缩塑性变形是导致焊接残余 应力形成的主要原因，而残余应力又是一个自相平衡的内力，局部残余压缩塑性变形的减小必然引起结构总体内应力的重新分布，从而大大降低焊接残余 应力幅值，达到控制残余应力和变形的目的。特别是当焊缝两侧的残余拉应力降低到低于试件的临界应力水平以下时，也就防止了薄板焊件的失稳变形。7.期刊论文 张园园.吴运新.李丽敏.张明容.ZHANG Yuanyuan.WU Yunxin.LI Limin.ZHANG Mingrong 7075铝合金预拉伸板淬火
