题目：大型飞机钛合金零件热拉伸蠕变成形本构建模与仿真技术研究

Ti-6Al-4V合金板材、型材零件已经在大型飞机中得到了广泛应用，热拉伸蠕变成形是针对大型飞机钛合金壁板、骨架零件制造而开发的成形工艺，该成形技术在制造钛合金零件中有独特优势。开展相关研究很有意义。本文通过对Ti-6Al-4V合金板料进行高温力学性能实验，建立了材料热塑性本构模型，进而建立热拉伸蠕变成形有限元仿真平台。采用有限元仿真与实验研究相结合的方法，确立Ti-6Al-4V板材成形的最佳工艺参数。归纳起来，本文的研究工作主要包括以下几个方面：在实验条件（温度650℃-750℃，应变速率0.0005-0.05s-1）下进行Ti-6Al-4V合金板材单向拉伸实验，研究了Ti-6Al-4V合金高温变形行为。结果表明，材料对应变速率很敏感，低应变速率时，材料发生动态再结晶，变形显示软化特征，并且温度越高，软化越显著；当高应变率时，加工硬化更显著。研究了金属塑性变形理论，针对Ti-6Al-4V合金高温变形特点，采用三种热塑性模型（Arrhenius模型、Norton-Hoff模型与John-Cook模型）表征Ti-6Al-4V合金高温拉伸变形行为，为建立热拉伸蠕变成形有限元仿真平台提供基础。结果表明，三种模型均能较好表征Ti-6Al-4V高温变形行为，Arrhenius模型能够很好表征高温下材料软化这一特性；Johnson-Cook模型在较大应变区域，预测精度较好。基于非线性有限元求解器ABAQUS/Explicit，对热拉伸蠕变成形有限元建模中的分析步设置、单元类型选择及接触摩擦条件等关键技术进行了研究，建立Ti-6Al-4V合金热拉伸蠕变成形的有限元模拟计算平台。通过有限元仿真实验，确定了钛合金热拉伸蠕变成形有限元模型中板材与模具间摩擦系数为0.15。基于有限元模拟计算平台，对Ti-6Al-4V热拉伸蠕变成形工艺进行有限元仿真研究，对工艺参数的影响规律进行分析总结。同时开展对应的实验研究，通过工艺实验分析了工艺参数的影响规律，验证有限元模拟计算平台的准确性。通过有限元仿真与工艺实验的结果表明，变形温度对热拉伸蠕变成形影响最显著，对于成形900mm×200mm×1.5mm的钛合金板件，热拉伸蠕变成形的最佳工艺参数组合为变形温度700℃、拉伸速度5mm/min、补拉伸量1%、蠕变时间8min。