学科专业：材料加工工程

论文题目：铝合金网格筋整体壁板电磁成形机理与规律研究

答 辩 人：谭金强

指导教师：詹  梅 教授

时    间：2018年11月29日上午8: 00

地    点：西工大友谊校区公字楼322

一、学位论文简介

高性能轻量化网格筋整体壁板是现代飞机制造中的重要零件，具有广泛的需求。然而，网格筋整体壁板传统的成形方法面临成形效率低、成本高、加工难度大等难题。随着整体壁板在航空航天等领域发展需要，迫切需要探索先进的成形工艺来实现网格筋整体壁板高效低成本成形。电磁成形技术在成形速度、设备吨位、成形能量上的优势为大型整体壁板件成形提供了新的途径与可能。

然而，由于磁场强度及磁场分布的复杂性，电磁成形过程具有高压力、高应变、瞬时性、不均匀变形性等特点。电磁成形技术应用于整体壁板成形时，随着磁场力的不断变化，成形过程不可避免地会产生不均匀塑性变形，容易引起筋条失稳、腹板贴模不足等缺陷，导致成形件形状和尺寸精度无法保证。这种不均匀塑性变形受到成形过程中的工艺参数、几何参数的影响。因此，阐明成形过程中不均匀变形机理，研究各参数对成形影响规律，在此基础上实现成形缺陷的控制，是整体壁板电磁成形过程中亟待解决的问题。

本文从整体壁板不均匀塑性变形的特点着手，论文采用数值模拟、实验研究与理论分析相结合的方法，对铝合金网格筋壁板电磁成形机理、参数影响规律及成形缺陷进行了系统深入的研究，对拓展电磁成形技术在航空、航天壁板类构件中的应用具有重要意义和价值。

本文取得的主要创新与贡献如下：

（1）建立了适合铝合金电磁成形的本构模型，解决了影响网格筋整体壁板电磁成形仿真模型预测精度的关键技术，建立了考虑电磁场与结构场双向耦合的网格筋整体壁板电磁成形-回弹全过程有限元模型。

（2）揭示了网格筋整体壁板电磁成形机理：磁场力主要集中于筋条，筋条对腹板的分割作用使得腹板上的磁场力分布更加不均匀；腹板和筋条上的磁场力对壁板变形分别起着主要和助推作用；电磁成形时的弹性应变远低于压弯成形。

（3）研究发现放电工艺参数和坯料几何参数对网格筋整体壁板长度中心路径成形高度均有显著影响，增大线圈匝数及筋条宽度有利于提高壁板贴模性；增大线圈匝数、降低筋条高度有利于提高壁板宽度中心路径成形高度。

（4）揭示了网格筋整体壁板电磁成形缺陷形成机理，提出了基于填料的网格筋整体壁板电磁成形新方法，并阐明了其抑制缺陷的有效性：在模具侧壁、腹板自由边及筋条之间金属填料有利于减小圆角反向弯曲、抑制起皱及制筋条失稳与侧弯；筋条之间橡胶填料有利于减弱碰撞反弹。

二、攻读博士学位期间以第一作者（或导师第一）发表的与学位论文相关的学术论文  

1.第一作者. A modified Johnson-Cook model for tensile flow behaviors of 7050-T7451 aluminum alloy at high strain rates. Materials Science and Engineering: A. 2015, 631: 214-9. (SCI, WOS: 000352674300027, IF: 3.414)

2.第一作者. Dependence on forming parameters of an integral panel during the electromagnetic incremental forming process. Chinese Journal of Aeronautics. 2018, 31(7): 1625-34. (SCI, WOS: 000438408400020, IF: 1.614)

3.第一作者. Guideline for forming stiffened panels by using the electromagnetic forces. Metals. 2016, 6(11): No. 267. (SCI, WOS: 000389600400014, IF: 1.704)

4.第一作者. Electromagnetic forming rules of a stiffened panel with grid ribs. Metals. 2017, 7(12): No. 559. (SCI, WOS: 000419184500044, IF: 1.704)

5.第一作者. 整体壁板电磁成形可行性研究. 第十四届全国塑性工程学术（锻压）年会论文集. 2015, 10. 合肥

6.第一学生作者. 铝合金筋板的电磁成形装置及成形方法. 授权发明专利, CN 201310397820.4

7.第一学生作者. 蒙皮壁板的磁脉冲局部加载成形装置及成形方法. 授权发明专利, CN 201610157973.5