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第一篇 民用飞机构件先进成形技术基础5

1 民用飞机主要结构材料及相关的成形技术5

1.1 民用飞机结构材料应用和发展趋势5

1.2 民用飞机结构材料成形技术现状和发展趋势7

2 航空结构创新构型拓扑优化设计14

2.1 概述14

2.1.1 拓扑优化技术简介14

2.1.2 拓扑优化与构件先进成形技术16

2.2 拓扑优化技术的应用现状17

2.2.1 商业化软件17

2.2.2 标准结构拓扑布局设计17

2.2.3 加筋结构拓扑布局设计22

2.3 拓扑优化技术最新发展24

2.3.1 考虑静强度的拓扑优化设计24

2.3.2 热力耦合结构拓扑优化设计25

2.3.3 考虑动力学响应的结构拓扑优化设计27

2.3.4 整体式多组件结构拓扑优化设计30

2.3.5 多相材料结构拓扑优化设计31

2.3.6 考虑特殊工程要求的结构拓扑优化设计33

3 成形工艺数字化仿真技术41

3.1 铸造工艺模拟仿真42

3.1.1 引言42

3.1.2 数值模拟技术在航空发动机涡轮叶片上的应用44

3.1.3 小结63

3.2 塑性成形工艺模拟仿真65

3.2.1 引言65

3.2.2 数值模拟技术在航空航天领域环锻件辗轧成形中的应用66

3.2.3 小结78

3.3 增材制造工艺模拟仿真78

3.3.1 引言78

3.3.2 增材制造数值模拟技术在航空航天领域的应用79

3.3.3 小结106

第二篇 先进塑性成形技术120

4 钛合金大型复杂整体构件等温局部加载近净成形120

4.1 引言120

4.2 钛合金大型复杂整体构件等温局部加载成形原理121

4.2.1 钛合金大型复杂整体构件等温局部加载成形基本原理121

4.2.2 钛合金大型复杂整体构件等温局部加载成形面临的挑战121

4.3 等温局部加载多道次成形宏观变形与微观组织演化122

4.3.1 等温局部加载不均匀变形特征122

4.3.2 等温局部加载不同加载区和过渡区微观组织与性能124

4.4 等温局部加载宏观成形缺陷预测与控制128

4.4.1 等温局部加载宏观成形缺陷形式128

4.4.2 等温局部加载宏观成形缺陷预测与控制129

4.5 钛合金大型复杂整体构件等温局部加载成形过程优化控制133

4.5.1 大型复杂整体构件不等厚坯料优化设计133

4.5.2 等温局部加载全过程工艺参数优化与控制138

4.5.3 大型组合模具优化设计与运动控制143

5 高性能轻量化弯管件数控弯曲精确成形制造技术152

5.1 引言152

5.2 数控弯曲成形原理及难变形管材弯曲性能153

5.2.1 数控弯曲成形原理153

5.2.2 难变形管材弯曲性能154

5.3 拉压区不均匀变形与成形缺陷特征158

5.3.1 数控弯曲拉压区不均匀变形特征158

5.3.2 数控弯曲成形缺陷特征160

5.4 成形极限预测与提高技术164

5.4.1 多缺陷约束成形极限预测方法164

5.4.2 成形极限提高技术166

5.5 卸载回弹预测和控制技术178

5.5.1 回弹预测方法179

5.5.2 回弹控制技术181

5.6 工模具设计与调模技术185

5.6.1 数控弯曲工模具选材185

5.6.2 薄壁管小弯曲半径数控弯曲柔性芯模结构设计方法186

5.6.3 薄壁钛管数控热弯成形模具设计方法187

5.6.4 基于KBE/FE的数控弯管模具设计与成形性评估系统189

5.7 成形过程优化与控制技术190

5.7.1 多目标多参数多约束优化数学模型190

5.7.2 薄壁管数控弯曲参数确定性优化设计方法196

5.7.3 大直径薄壁管数控弯曲稳健性优化设计方法197

第三篇 先进铸造技术207

6 钛合金铸造技术207

6.1 概述207

6.2 先进铸造钛合金212

6.2.1 高强度钛合金213

6.2.2 高温钛合金215

6.2.3 阻燃钛合金219

6.2.4 损伤容限钛合金221

6.3 钛合金熔铸技术223

6.3.1 真空自耗电极电弧凝壳熔铸223

6.3.2 真空感应熔铸法228

6.3.3 电子束熔铸法229

6.4 造型工艺与技术230

6.4.1 主要造型工艺230

6.4.2 铸造工艺设计244

6.5 钛合金铸件的清理、精整与热处理251

6.5.1 清理、精整251

6.5.2 钛合金铸件的焊接修复253

6.5.3 热处理257

6.6 质量控制技术260

6.6.1 尺寸检验260

6.6.2 目视检验260

6.6.3 无损检测260

7 反重力铸造269

7.1 反重力铸造原理及分类269

7.1.1 真空吸铸271

7.1.2 低压铸造273

7.1.3 差压铸造274

7.1.4 调压铸造276

7.2 反重力铸造工艺参数278

7.2.1 压力调控278

7.2.2 浇注温度及铸型温度282

7.3 反重力铸造工艺方案283

7.3.1 浇注位置及分型面283

7.3.2 浇注系统及冒口设计284

7.3.3 铸型排气设计287

7.3.4 铸型涂料287

7.4 反重力铸造设备及自动化289

7.4.1 反重力铸造设备289

7.4.2 压力控制系统292

7.4.3 保温炉结构设计296

7.4.4 升液管结构设计297

7.4.5 电磁低压铸造299

7.5 反重力铸造缺陷与对策299

7.5.1 缩孔与缩松299

7.5.2 气孔缺陷300

7.5.3 浇不足及铸件空壳301

7.5.4 铸件披缝、鼓胀及跑火302

7.5.5 铸件变形及裂纹303

7.5.6 粘砂304

7.6 反重力铸造应用实例304

7.6.1 差压铸造技术在高性能大型复杂薄壁铸件生产中的应用304

7.6.2 调压铸造技术在高性能中小型复杂薄壁铸件生产中的应用305

第四篇 先进焊接技术310

8 激光焊接310

8.1 概述310

8.1.1 激光焊接技术特点310

8.1.2 民用飞机机身壁板激光焊接技术现状及发展趋势311

8.2 民用飞机机身材料的激光焊接特性318

8.2.1 民用飞机机身材料及其应用318

8.2.2 金属焊接性概念320

8.2.3 铝合金的激光焊接裂纹倾向及防止320

8.2.4 铝合金的激光焊接气孔倾向及防止322

8.2.5 铝合金激光焊接接头的工艺缺陷324

8.3 几种民用飞机铝合金激光焊接接头组织性能分析325

8.3.1 6000系铝合金激光焊接接头组织性能325

8.3.2 2000系铝锂合金激光焊接接头组织性能327

8.3.3 铝合金焊接接头的断裂分析328

8.4 民用飞机机身壁板结构构件激光焊接334

8.4.1 铝合金T型接头双侧激光焊接工艺334

8.4.2 焊接工装夹具设计336

8.4.3 机身壁板焊接工艺流程336

8.4.4 机身壁板点固焊接338

8.4.5 机身壁板焊接缺陷的修补339

9 搅拌摩擦焊345

9.1 搅拌摩擦焊技术原理及应用345

9.1.1 技术原理345

9.1.2 搅拌摩擦焊基本特点与优势346

9.1.3 焊接接头形式346

9.1.4 搅拌摩擦焊接在飞行器制造中的应用347

9.2 焊接工艺与装备351

9.2.1 主要焊接工艺参数351

9.2.2 搅拌摩擦焊设备351

9.3 搅拌摩擦焊接头组织及力学性能357

9.3.1 接头组织357

9.3.2 搅拌摩擦焊接头的力学性能365

9.3.3 工艺参数对接头强度的影响366

9.3.4 搅拌摩擦焊接头与铆接接头强度367

9.4 焊缝成型机理368

9.4.1 焊接接头温度场分布特点368

9.4.2 焊缝金属的塑性流动行为观察技术369

9.4.3 铜箔作为标识材料显示材料流动行为的有效性372

9.4.4 焊缝金属流动的基本形式374

9.4.5 焊缝成形机理385

9.5 焊接接头残余应力与变形388

9.5.1 焊接接头残余应力分布388

9.5.2 焊接接头变形389

9.6 焊接缺陷及其检测技术389

9.6.1 表面缺陷389

9.6.2 内部缺陷390

9.6.3 典型焊接缺陷的产生机理391

9.6.4 缺陷检测技术393

9.7 搅拌摩擦焊接技术的发展394

9.7.1 双轴肩搅拌摩擦焊技术394

9.7.2 流动摩擦焊接技术395

9.7.3 静轴肩搅拌摩擦焊接技术396

9.7.4 复合热源搅拌摩擦焊接技术397

9.7.5 动态控制低应力无变形搅拌摩擦焊技术399

9.7.6 水下搅拌摩擦焊400

9.7.7 搅拌摩擦点焊401

9.7.8 机器人搅拌摩擦焊403

第五篇 增材制造技术413

10 增材制造的技术原理与方法413

10.1 增材制造的基本原理413

10.2 增材制造的工艺方法415

10.2.1 光固化法416

10.2.2 熔积成形法418

10.2.3 粉末床增材制造技术420

10.2.4 同步送进材料的金属增材制造技术427

10.2.5 薄材叠层制作433

11 增材制造的航空应用439

11.1 金属增材制造的航空应用439

11.1.1 金属增材制造的航空应用概况439

11.1.2 金属增材制造的力学性能443

11.1.3 金属增材制造民用航空应用的典型案例446

11.2 增材制造应用于飞机风洞模型制造460

11.2.1 模型气动外壳的加工技术463

11.2.2 树脂模型的电沉积强化技术470

11.2.3 测压管道一体化模型制造技术475

11.3 复合材料铺放增材制造478

11.3.1 自动纤维铺丝机的技术特色482

11.3.2 自动纤维铺丝技术发展方向484

索引497