T型航空鋁合金結(jié)構(gòu)件淬火殘余應(yīng)力數(shù)值模擬分析＊

（中航工業(yè)第一飛機(jī)設(shè)計研究院， 西安 710089)

航空鋁合金是飛機(jī)結(jié)構(gòu)材料中的主干材料，是最早推動航空工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，對航空工業(yè)的進(jìn)步具有極其重要的戰(zhàn)略意義[1-3]。近年來，超高強(qiáng)鋁合金憑借其密度小、加工性能好及焊接性能優(yōu)良等特性，越來越被廣泛應(yīng)用。同時，熱處理工藝作為一種改善材料性能的重要手段，通過固溶處理，使其能夠達(dá)到足夠的強(qiáng)度和韌性。但是，不可避免的是熱處理過程帶來的危害卻也是顯而易見的，即淬火過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力使零件在后續(xù)加工過程中產(chǎn)生變形翹曲甚至開裂現(xiàn)象。因此，系統(tǒng)研究毛坯淬火殘余應(yīng)力的產(chǎn)生機(jī)理及其分布規(guī)律，對改善零件的尺寸精度和使用壽命具有重要的指導(dǎo)意義。有關(guān)這方面的研究國內(nèi)外已經(jīng)開展了相關(guān)的工作[4-8]，但大多局限于簡單形狀的零件。隨著航空技術(shù)的發(fā)展，整體結(jié)構(gòu)件的出現(xiàn)使殘余應(yīng)力問題變得更為復(fù)雜，一躍成為世界性難題。因此，本文針對航空結(jié)構(gòu)件的復(fù)雜性，開展T字型航空7050鋁合金鍛件的淬火殘余應(yīng)力數(shù)值模擬分析，為航空設(shè)計人員提供一定的參考基礎(chǔ)。

1 有限元數(shù)值模擬計算

1.1 淬火殘余應(yīng)力產(chǎn)生機(jī)理

殘余應(yīng)力是指在沒有對物體施加外力時，物體內(nèi)部存在的保持自相平衡的應(yīng)力系統(tǒng)[9-10]，它是固有應(yīng)力或內(nèi)應(yīng)力的一種。傳統(tǒng)工藝中對構(gòu)件進(jìn)行的熱處理工藝是構(gòu)件產(chǎn)生淬火殘余應(yīng)力的主要原因，由于造成了構(gòu)件表面和芯部在快速加熱和冷卻過程中的溫度梯度，冷卻速度不同，產(chǎn)生的塑性變形就會不同，繼而引發(fā)熱應(yīng)力場急劇變化，最終產(chǎn)生熱應(yīng)力。……