《大数据-算法在2A02高强度铝合金热加工残余应力研究及数值模拟中的应用》
在当前的工业生产中,大数据与高级算法已经成为解决复杂问题的重要工具,尤其是在材料科学领域。2A02高强度铝合金因其优秀的强度和韧性,被广泛应用在燃气轮机压缩机组的叶片制造中。然而,热加工过程中产生的残余应力会对叶片的制造质量产生严重影响,可能导致叶片翘曲变形,进而影响燃气轮机的正常运行和生产效率。
针对这一问题,研究者们运用大数据分析和数值模拟技术,深入研究了2A02铝合金在锻造和热处理过程中残余应力的产生机理和分布特征。通过对比分析,他们选择了显微压痕硬度法作为有效检测2A02铝合金残余应力的方法,并与X射线衍射法进行了比较,证实了其在工程实践中的可行性。
研究发现,2A02铝合金的流变应力受变形温度和应变速率的影响,变形温度升高和应变速率增加会导致流变应力降低和增加。在热变形过程中,通过构建本构方程,确定了热变形激活能为201.7kJ/mol。动态回复和动态再结晶是主要的软化机制,随着变形程度的增加,软化机制会发生转变。
在残余应力的数值模拟方面,研究者利用Gleebble-1500热模拟实验对2A02铝合金的锻造过程进行了模拟,揭示了残余应力与变形量之间的关系。淬火过程中的残余应力则受到淬火温度、保温时间和冷却方式的影响,其中,淬火温度升高和保温时间延长会导致残余应力增加,但变化幅度有限。时效处理能够有效减轻残余应力,尤其在170℃时效时,析出相的形态和分布有助于残余应力的释放。
在考虑零件结构复杂性和约束条件时,通过设计塔形和半塔形试样,结合显微压痕硬度法和ANSYS有限元模拟系统,研究了残余应力的分布规律。结果表明,结构复杂性和约束条件都会影响残余应力的大小和分布,厚度和约束条件的改变会显著影响残余应力的绝对值。
此外,利用ANSYS软件模拟分析了2A02铝合金叶片淬火过程中的热应力变化,发现40℃左右的水淬温度较为适宜。通过X射线衍射法和显微压痕硬度法的比较,验证了叶片表面残余应力的分布特性,特别是叶根部位的残余应力敏感性。模压法被证明对淬火残余应力的调整和消减具有显著效果,实验证明压下量为56μm可以有效减小残余应力。
关键词:2A02铝合金;残余应力;温度场;应力场;数值模拟;显微压痕硬度法;X射线衍射法;模压法。