题目：大型钛合金试件的退火热处理模拟及变形机制研究

大型钛合金航空整体结构件在满足现代航空工业优良性能的同时，可大幅度减轻结构重量，在飞机上的应用日益广泛。然而，整体结构件经机械加工后热处理往往产生不同程度的变形，造成尺寸超差，难以达到设计的要求。试件的热处理变形是热应力、组织应力、机械加工残余应力等在热处理过程综合作用的结果，对于精密热处理而言，其机械加工残余应力带来的影响不容忽视。本文统计分析了机械加工方式对钛合金试件残余应力分布的影响规律，针对试件热处理过程建立了包含机械加工残余应力分布的有限元模型。通过计算模拟，重点探讨了机械加工带来的残余应力分布、热处理过程的冷却速度、试件结构长度等因素对试件热处理变形的影响规律，初步探讨了约束对热处理变形影响。对钛/铝合金试件不同铣削加工精度下的残余应力数据进行了统计分析，发现铣削加工造成的残余应力以压应力为主，应力随层深的增加呈近似“半S型”分布，在此基础上提出了残余应力 与层深 的统计模型描述试件铣削加工表层应力分布状况，该模型可表示为：σ=a•h3+b•h2+c•h+d，其中a，b，c，d为系数。随着铣削加工精度的降低，试件表层的残余压应力呈增大的趋势。本文引入了不同铣削加工精度带来的残余应力分布模型，探讨了铣削加工精度对试件热处理变形程度的影响，建立了可控冷却速度的试件热处理模型；运用该模型分析了冷却速度变化和试件结构长度变化对试件热处理变形的影响规律，初步探讨了约束对热处理变形的影响。结果表明，随着铣削加工精度的降低，试件的热处理变形程度增大，粗铣造成的试件的热处理变形程度比精铣高出一倍以上。随着冷却速度的增加，试件的变形程度呈近抛物线趋势增加，其中冷却速度低于15℃/min时，试件热处理变形程度对冷却速度较为敏感，超过该冷却速度，试件热处理变形程度的增大趋势变缓。对于狭长薄壁结构的钛合金试件，随着试件的结构长度在一定范围内增加，试件的退火变形程度明显增大，当试件结构长度达到一定值（长宽比大于10） 时对试件的增大趋势变缓。通过施加约束，可以在一定程度上改善试件的变形程度，试件热处理变形对约束的施加位置较为敏感。