制造工艺中残余应力及疲劳寿命分析技术研究 - .pdfVIP

高端装备关重件制造过程中残余应力

及疲劳寿命仿真分析研究

张洪伟

北京石油化工学院数字化分析及抗疲劳制造技术研究室

1研究概述

2航空结构件残余应力引起的加工变形研究

3喷丸强化残余应力场研究

4大型轴承力学性能及疲劳寿命预测技术研究

5激光淬火工艺仿真及对疲劳寿命的影响研究

一、研究概述

疲劳是机械结构最普遍的失效模式之一。诸多高端装备上的零部件疲劳破坏问题日

益突出，使役寿命和可靠性不足，如发动机的叶盘、风电装备的轴承、高速重载齿轮、

等。结构、材料、工艺、载荷等因素影响疲劳性能。

表面完整性（SI）是影响零部件服役性能、

寿命和可靠性的重要因素。提高表面完整性，开

展抗疲劳制造技术是高端装备制造行业的重要研

究课题之一。

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制造过程涉及材料性质、载

荷、温度及工艺参数等诸多因素

影响，非线性多场耦合，数值仿

真技术为残余应力演化行为的研

究提供了新的手段和途径。

工艺链式仿真

焊接工艺仿真流程

因此，开展“残余应力数字化分析及抗疲劳

技术“相关研究，研究高效、可靠的制造过程中

残余应力预测技术、掌握其分布及演化规律及相

应的检测、调控技术，对于实现复杂构件的高质

1970—2020年期间疲劳有限元研究论文分布量制造及长寿命服役至关重要。

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二、航空结构件残余应力引起的加工变形研究

采用整体毛坯加工的复杂结构零件，

如整体框、整体梁、高筋壁板等。高强铝

合金构件多以“坯材－热处理－机加

工”的技术路线制造。

材料去除率可高达95%以上，毛坯残

余应力随加工过程的释放及重分布。零件

加工后综合变形量可达几毫米甚至几十毫

米，直接影响构件的形位精度和稳定性，

严重制约构件制造效率及使用可靠性。

以高强铝合金构件为对象，采用仿真

手段，研究残余应力引起的加工变形问题。

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