铝合金材料蠕变时效成形机理与数值仿真技术研究

蠕变时效成形技术是利用金属的蠕变特性，将成形与时效同步进行的一种成形方法。该方法适于成形可时效强化型合金的整体带筋和变厚度大曲率复杂外形和结构的整体壁板构件，被认为是下一代大型飞机特别重要的金属成形工艺之一，在我国大飞机项目的研制中具有广泛的应用前景。本项目通过对典型铝合金材料蠕变时效成形后材料内部组织及成形特性分析，并结合不同应力状态下的蠕变试验，获得各向异性析出硬化和析出相分布规律及其对宏观力学性能的影响规律，掌握蠕变时效成形变形机制，基于铝合金时效强化模型及蠕变本构方程，实现对蠕变时效成形过程的有限元模拟，达到对宏观外形尺寸和微观组织性能的预测与控制，从而掌握铝合金整体壁板蠕变时效成形工艺的主要技术关键，为该技术的进一步实际应用打下基础。

本项目针对典型铝合金材料7050T451时效成形前后材料内部组织及成形特性分析，并结合不同应力状态下的蠕变试验，获得了各向异性析出硬化和析出相分布规律及其对宏观力学性能的影响规律，掌握了蠕变时效成形变形机制。基于析出动力学和时效强化理论，建立了时效成形过程中的析出相长大模型与析出强化模型，并在此基础上对Kowalewski 的本构模型进行修正，采用基于遗传算法的多目标函数优化方法建立了蠕变-时效跨尺度本构模型。通过二次开发在有限元基础上实现了对蠕变时效成形过程回弹以及微观组织性能的预测与控制。通过试验验证了模型的准确性和可靠性。实现了对蠕变时效成形过程的有限元模拟，达到对宏观外形尺寸和微观组织性能的预测与控制。