【摘 要】
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铝合金环件是实现运载器件轻量化、提高装置力学性能的关键构件之一。然而,铝合金环件在制造过程中由于受热不均、机械载荷等因素不可避免会产生残余应力,对环件尺寸精度带来不利影响。因此,残余应力的消除对提高环件尺寸稳定性、疲劳强度等具有重要影响。已有的时效法和机械法存在降低构件强度、加工范围受限、接触应力集中等问题。为此,本文提出了一种利用高场磁体产生脉冲电磁力和强磁场消除残余应力的方法。该方法主要通过时
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铝合金环件是实现运载器件轻量化、提高装置力学性能的关键构件之一。然而,铝合金环件在制造过程中由于受热不均、机械载荷等因素不可避免会产生残余应力,对环件尺寸精度带来不利影响。因此,残余应力的消除对提高环件尺寸稳定性、疲劳强度等具有重要影响。已有的时效法和机械法存在降低构件强度、加工范围受限、接触应力集中等问题。为此,本文提出了一种利用高场磁体产生脉冲电磁力和强磁场消除残余应力的方法。该方法主要通过时空分布特性可控的脉冲电磁力作为驱动力载荷,使金属环件发生微小的塑性变形,以达到释放残余应力的效果。本文以产生2%～3%的塑性变形为目标,对外径720 mm、壁厚60 mm、高度60 mm的5A06铝合金环件的残余应力消除进行仿真和实验研究。首先,本文详细介绍了电磁胀环消除残余应力的基本原理,说明了电磁胀形、机械振动、焦耳热温升对工件残余应力消除的影响,在此基础上建立了电磁胀形理论模型。最后,还根据电磁胀形系统的多物理场耦合进行了分析,建立了二维轴对称模型,能够实现电-磁-热-力等多物理场之间的顺序耦合分析计算。随后,利用COMSOL Multiphysics有限元分析软件对电磁胀形过程中的电磁、受力情况进行了分析,探究了线圈匝数、保护电感、钢套支撑和多次放电对胀形的影响,经过仿真对比分析,选择了8层线圈、无保护电感放电回路以及不完整钢套支撑的磁体作为电磁胀形系统结构。并进一步地对振动和发热的影响和调控进行了探究。最后,根据仿真设计参数进行脉冲磁体的制造与实验参数的选择,搭建了完善的电磁胀形实验及测试平台,制作了具有良好电-磁-热-力性能的脉冲强磁体,验证了该方法消除残余应力的可行性。
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