一种考虑入水方式的铝合金淬火残余应力模拟方法技术

本发明专利技术提供一种考虑入水方式的铝合金淬火残余应力模拟方法，通过基础试验构建准确的模拟材料数据文件、建立有限元模型、施加可移动边界条件，实现对铝合金入水姿态、入水速度的模拟，精确地预测实际铝合金淬火残余应力分布情况。基于考虑了铝合金淬火入水过程对残余应力的影响，因此贴近生产实际情况，能够更加准确地反映铝合金淬火过程的残余应力情况。准确地反映铝合金淬火过程的残余应力情况。准确地反映铝合金淬火过程的残余应力情况。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑入水方式的铝合金淬火残余应力模拟方法


[0001]本专利技术涉及成形制造或热处理领域，具体涉及一种考虑入水方式的铝合金淬火残余应力模拟方法。

技术介绍

[0002]铝合金需在成形后经过固溶淬火获得过饱和固溶体，以便在时效阶段析出强化相提升力学性能。铝合金淬火后将产生残余应力，如不对残余应力进行消减将导致机加工变形，同时增加应力腐蚀开裂倾向。残余应力消减效果与其淬火后的分布状态、消减工艺紧密相关，不同淬火方式显著影响铝合金淬火残余应力分布状态。
[0003]现有的模拟方法普遍采用忽略铝合金入水过程的淬火方式，即忽略了入水姿态、入水速度对淬火后残余应力分布的影响，因此无法准确地获取淬火后的残余应力分布情况，基于此制定的残余应力消减工艺也无法获得更加理想的消减效果。
[0004]基于此，如何获得铝合金淬火残余应力模拟方法是本领域技术人员有待解决的问题。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的上述不足，本专利技术的目的是提供一种铝合金淬火残余应力模拟方法，以准确地获取淬火后的残余应力分布情况。
[0006]实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种考虑入水方式的铝合金淬火残余应力模拟方法，其特征在于，构建准确的模拟材料数据库、建立有限元模型和可运动的边界条件，实现对铝合金淬火入水过程的模拟。
[0007]具体包括如下步骤：（1）基于物理模拟试验和热物理试验，获得所述铝合金试样块热物性参数和力学性能参数；包括：1.1通过在GLEEBLE热物理模拟试验机上进行热物理压缩试验获得室温至固溶温度范围内的铝合金杨氏模量、屈服强度；1.2通过在激光导热仪、淬火膨胀仪上进行热物理试验获得铝合金室温至固溶温度范围内的比热容、热传导系数、热膨胀系数；1.3采用试样块进行淬火试验获得温度
‑
时间变化曲线，依据传热原理反求出界面换热系数；（2）建立有限元模型和定义边界条件：2.1建立需要模拟的对象锻件的弹塑性有限元模型，有限元模型所包含的材料数据为步骤1中所获得的杨氏模量、屈服强度、比热容、热传导系数和热膨胀系数；2.2建立边界条件，边界条件所包含的数据为步骤1所获得的界面换热系数；2.3建立定义边界条件的空间范围及其与锻件的空间位置关系，设置边界条件向锻件运动的相对速度，该速度与锻件向边界条件空间的运动速度值相等；
（3）对锻件淬火模型进行仿真模拟：3.1将边界条件空间以锻件特定状态下的空间坐标轴X、Y、Z方向或呈一定空间角度从1米、3米、5米的距离向锻件以0.5米/秒，2米/秒和自由落体的速度运动；3.2进行仿真运算；（4）对各工艺残余应力进行云图分析和点追踪分析：特定锻件以特定运动方向获得残余应力分布最低且最均匀。
[0008]相比现有技术，本专利技术具有如下有益效果：1、1、本专利技术考虑了铝合金淬火入水过程对残余应力的影响，更加贴近生产实际情况的模拟方法，能够更加准确地反映铝合金淬火过程的残余应力情况，根据准确反映的淬火过程残余应力，可优化淬火入水方案，同时为制定匹配的残余应力消减方案提供有效参考，实现残余应力准确消减和调控，辅助抑制和优化残余应力诱导的机加工变形。
[0009]2、通过基础试验构建准确的模拟材料数据库、建立有限元模型、施加可移动边界条件，实现对铝合金入水姿态、入水速度的模拟，精确地预测实际铝合金淬火残余应力分布情况。具备准确反映铝合金淬火过程残余应力条件后，对铝合金模锻件在多种淬火入水方案下残余应力的模拟，根据模拟结果残余应力的分布情况、均值和峰值优选淬火入水方案；针对因入水方式引起的非理想化淬火残余应力分布状态，制定相应冷压残余应力消减工艺，准确消减并调控残余应力，辅助抑制和优化残余应力诱导的机加工变形。
附图说明
[0010]图1为本专利技术以U形截面锻件为例的示意图；图2为图1的俯视图。
具体实施方式
[0011]下面结合实施例和附图对本专利技术作进一步详细说明。
[0012]实施例1：参见图1，以U形截面锻件为例，距离5米时以自由落体速度淬火，模拟残余应力的方法，包括如下步骤：（1）基于物理模拟试验和热物理试验，获得铝合金热物性参数和力学性能参数。
[0013]1.1 采用固溶淬火状态的圆柱7050铝合金试样进行20℃~480℃范围的热物理压缩试验，获取杨氏模量和屈服强度。
[0014]1.2 采用固溶淬火状态的7050铝合金圆片和圆柱试样在激光导热仪、淬火膨胀仪上进行试验，获取比热容、热传导系数和热膨胀系数。
[0015]1.3 采用锻造状态的7050铝合金方块试样，其尺寸为40mm
×
30mm
×
20mm，分别在表面、2毫米深度处、5毫米深度处预埋热电偶，进行60
±
5℃水温的淬火试验，获取温度
‑
时间变化曲线，反求出界面换热系数。
[0016]（2）建立有限元模型和定义边界条件。
[0017]2.1 对U形截面锻件（如图1所示）进行弹塑性网格划分，并定义网格的材料属性，包含杨氏模量、屈服强度、比热容、热传导系数及热膨胀系数。
[0018]2.2 定义U形截面锻件所有外表面均发生热交换，当其进入淬火介质空间时发生热交换，界面换热系数由步骤（1）试验所得。
[0019]2.3 边界条件包含淬火介质的空间范围，其与锻件的空间位置关系为视图1视角的垂直于屏幕方向，最近点距离为2.5米，淬火介质空间运动速度为自由落体速度，运动方向为朝着锻件方向。
[0020]（3）对锻件淬火模型进行仿真模拟。
[0021]3.1进行仿真运算。采用仿真平台为DEFORM
‑
3D软件，运算核心数为4核。
[0022]（4）对各工艺残余应力进行云图分析和点追踪分析。
[0023]4.1 相比于不考虑入水方式的仿真模拟，本实施例中的仿真模拟结果更贴近实际。
[0024]本实施例中，U形锻件平台处表面残余应力数值与其入水先后顺序有关，先入水部位残余应力值偏大，后入水部位偏小。结合附图2，4个检测点在采用本专利技术模拟和采用传统模拟方法的模拟结果与实际检测结果的残余应力对比如表一所示。本方法更能体现入水姿态对残余应力的影响规律，模拟结果更为贴近检测结果。
[0025]本申请文件中模拟数据文件，特指通过步骤（1）试验获取屈服强度、热膨胀系数、流动应力数据、扩散系数等对残余应力影响显著的指标，并将其保存为软件可读取调用的数据文件。
[0026]本申请文件中铝合金试样块的是指为获得铝合金热物性参数和力学性能参数而进行实验用的试样块，其包含了圆柱铝合金试样（为获得杨氏模量、屈服强度而进行实验所需的试样形式）、铝合金圆片（为获得比热容、热传导系数和热膨胀系数而进行实验所需的试样形式），以及方块试样（为获得淬火时温度
‑
时间变化曲线所需的试样形式）。在获得上述数据后，建立并保存材料数据文件。基于此材料数据文件，针对实施例1中的U形截面锻件或特定锻件进行有限本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑入水方式的铝合金淬火残余应力模拟方法，其特征在于，构建准确的模拟材料数据库、建立有限元模型和可运动的边界条件，实现对铝合金淬火入水过程的模拟。2.根据权利要求1所述考虑入水方式的铝合金淬火残余应力模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）基于物理模拟试验和热物理试验，获得所述铝合金试样块热物性参数和力学性能参数；包括：1.1通过在GLEEBLE热物理模拟试验机上进行热物理压缩试验获得室温至固溶温度范围内的铝合金杨氏模量、屈服强度；1.2通过在激光导热仪、淬火膨胀仪上进行热物理试验获得铝合金室温至固溶温度范围内的比热容、热传导系数、热膨胀系数；1.3采用试样块进行淬火试验获得温度
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时间变化曲线，依据传热原理反求出界面换热系数...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙帅，周杰，李世山，周玉婷，戴庆伟，彭鹏，
申请(专利权)人：重庆科技学院，
类型：发明
国别省市：