学科专业：材料加工工程

论文题目：钛合金大型筋板构件等温局部加载成形不等厚坯料优化研究

答辩人：魏科

指导老师：詹梅

答辩时间：2018年11月9日上午9:00

答辩地点：友谊校区公字楼334会议室

一、学位论文简介：

钛合金大型筋板构件可从材料和结构两方面实现高性能轻量化，已成为航空航天领域高端装备的必然选择。等温局部加载技术融合了等温成形和局部加载两方面的工艺优势，可有效降低成形载荷、拓宽构件成形尺寸和设备成形能力，实现钛合金大型筋板构件的成形成性一体化制造，是迫切需要研究发展的先进塑性成形技术。然而，由于局部加载中材料流动和大型不规则多筋构件结构的双重复杂性，使如何优化设计预成形坯料及控制成形缺陷成为具有挑战性的难题。为此，本文采用有限元数值模拟、理论分析和物理模拟实验相结合的方法，对钛合金大型筋板构件局部加载中的预成形坯料优化设计进行了系统深入的研究，主要研究内容及结果如下：

（1）通过分析局部加载的材料流动特征和应变场演化历程，揭示了局部加载各加载区交互作用下的近程转移效应，阐明了坯料体积分配对折叠、筋错移等缺陷的作用机制；对比研究了整体加载和局部加载的应变场分布，获得了近程转移效应的影响范围，确定了过渡区与先、后加载区的边界，为发展满足精度和效率的坯料优化设计过程提供依据。

（2）针对先、后加载区易出现的充填不满，提出了调控分流层位置结合微量体积补偿的不等厚坯料优化思路，确定了三种优化方式及其应用条件，发展了基于正向分步修正的不等厚坯料优化方法。结果表明：仅通过少量的迭代就能获得先、后加载区充填完整的构件。

（3）揭示了坯料体积分配对过渡区材料转移、折叠、充填、筋错移和应变场的影响规律；建立了过渡区坯料体积分配与材料转移的关联关系。发展了过渡区折叠约束下不等厚坯料几何参数可行域的确定方法，并通过模拟和实验验证了可行域的可靠性，为实现过渡区坯料优化提供约束条件。

（4）研究发现摩擦、上模压下量和坯料加工误差的波动对过渡区成形质量影响较大；基于对确定性因素（坯料几何参数）与不确定性因素的综合考虑，结合双响应面法和NSGA-II多目标优化算法，提出了多目标稳健控制的不等厚坯料优化设计方法，实现了过渡区不等厚坯料的稳健优化设计。结合先、后加载区的坯料优化设计方法，实现了大型筋板构件等温局部加载成形不等厚坯料的总体优化设计。

二、攻读博士学位期间以第一作者发表的与学位论文相关的学术论文

[1] K. Wei, H. Yang, X.G. Fan, P.F. Gao. Unequal thickness billet design for large-scale titanium alloy rib-web components under isothermal closed-die forging. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2015, 81(5): 729-744 (SCI: 000363718600001, EI: 20152100867612)

[2] K. Wei, M. Zhan, X.G. Fan, H. Yang, P.F. Gao, M. Meng. Unequal-thickness billet optimization in transitional region during isothermal local loading forming of Ti-alloy rib-web component using response surface method. Chinese Journal of Aeronautics. 2018, 31(4): 845-859 (SCI: 000430552000020, EI: 20181404982428)

[3] K. Wei, X.G. Fan, M. Zhan, H. Yang, P.F. Gao. Improving the deformation homogeneity of the transitional region in local loading forming of Ti-alloy rib-web component by optimizing unequal-thickness billet. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2017, 92(9-12): 4017-4029 (SCI: 000411237500074, EI: 20171903653600)

[4] K. Wei, X.G. Fan, M. Zhan, X. Zeng, X.Q. Jiang. Uncertainty analysis and multi-objective billet robust optimization for transitional region of multi-rib component under isothermal local loading forming. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2018, 97(1-4): 1165-1179 (SCI: 000435594100089, EI: 20181705049715)

[5] K. Wei, X.G. Fan, M. Zhan, M. Meng. Robust optimization of the billet for isothermal local loading transitional region of a Ti-alloy rib-web component based on dual-response surface method. Frontiers of Mechanical Engineering. 2018, 13(3): 376-384

[6] 魏科, 杨合, 樊晓光, 高鹏飞. 筋板件局部加载过渡区折叠缺陷演化与坯料设计. 第十四届中国机械工程学会塑性工程分会年会. 2015, 10

[7] 魏科, 樊晓光, 詹梅, 孟淼. 大型筋板构件局部加载坯料体积分配对材料流动规律及成形缺陷影响研究. 第七届全国精密锻造学术研讨会. 2018, 6