楊俊剛，王 云，鄭學(xué)著，李又春

(1.南昌航空大學(xué) 飛行器工程學(xué)院，南昌 330063；2.中國(guó)南方航空工業(yè)(集團(tuán))有限公司，湖南 株洲 412000)

航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣鈑金成形及屈服準(zhǔn)則

楊俊剛1，王 云1，鄭學(xué)著2，李又春2

(1.南昌航空大學(xué) 飛行器工程學(xué)院，南昌 330063；2.中國(guó)南方航空工業(yè)(集團(tuán))有限公司，湖南 株洲 412000)

鈑金機(jī)匣作為航空發(fā)動(dòng)機(jī)的主要構(gòu)成零部件，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、材料難于成形，且成形后內(nèi)部存在不同程度的殘余應(yīng)力，隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，數(shù)值模擬成為輔助板料成形研究的主要手段，屈服準(zhǔn)則是數(shù)值模擬的基礎(chǔ)。本文對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣鈑金成形性能做以敘述，對(duì)各向同性材料屈服準(zhǔn)則、各向異性材料屈服準(zhǔn)則、先進(jìn)的各向異性材料屈服準(zhǔn)則進(jìn)行歸納，提出屈服準(zhǔn)則應(yīng)以屈服軌跡、單軸屈服應(yīng)力、塑性各向異性參數(shù)等為選擇依據(jù)，并提出未來(lái)屈服準(zhǔn)則可沿新的屈服準(zhǔn)則、描述非線性加載情況下的屈服軌跡、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)研究方法等方向發(fā)展。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)；機(jī)匣；板金成形；數(shù)值模擬；屈服準(zhǔn)則

0 引言

鈑金成形[1]是利用金屬在固體狀態(tài)下的塑性，通過(guò)模具以及外力作用而制成零件的一種加工方法。鈑金成形加工是金屬加工中極其重要的工藝，主要因?yàn)樵摲椒ㄉa(chǎn)效率高、原材料消耗少，而且可以有效地改善材料的組織和力學(xué)性能，因而在現(xiàn)代工業(yè)上得到了極為廣泛的應(yīng)用，特別是在宇航航空、汽車機(jī)車、電機(jī)電器、日用五金、食品包裝等工業(yè)部門，鈑金塑性成形都是必不可少的主要加工方法。鈑金加工中的主要問(wèn)題和困難，大部分來(lái)自于成形方面；因此，在國(guó)內(nèi)外對(duì)于如何評(píng)價(jià)和提高鈑金本身的成形性能，如何選用所需要的鈑金以及充分利用其成形性能等問(wèn)題，已成為鈑金供貨者和加工者十分關(guān)心的問(wèn)題[2]。

隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展，板料成形越來(lái)越復(fù)雜，傳統(tǒng)加工過(guò)程的工藝分析以及模具設(shè)計(jì)制造主要憑借設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)。為了避免成形缺陷的出現(xiàn)，他們往往采用不斷地試模、修正的方法，這就必然造成了設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，資源浪費(fèi)等一系列阻礙發(fā)展的問(wèn)題[3]。隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)值模擬成為輔助板料成形研究的主要手段，這樣不但可降低試模的成本，而且可以大大地縮短研究、生產(chǎn)周期；但在數(shù)值模擬的過(guò)程中，模擬精度一直制約著金屬板料成形研究的發(fā)展。若要提高模擬精度，使數(shù)值模擬接近實(shí)際的成形過(guò)程，就必須準(zhǔn)確研究板料的本構(gòu)關(guān)系。在本構(gòu)關(guān)系的研究中，準(zhǔn)確地描述板料的屈服行為對(duì)研究本構(gòu)關(guān)系有著十分重要的作用，屈服準(zhǔn)則的選取不當(dāng)直接導(dǎo)致模擬結(jié)果的失真甚至錯(cuò)誤。因此，屈服準(zhǔn)則的研究成為金屬板料成形行為的關(guān)鍵問(wèn)題。本文針對(duì)金屬板料成形性能的概念，數(shù)值模擬過(guò)程中屈服準(zhǔn)則的發(fā)展，以及屈服準(zhǔn)則的選擇進(jìn)行介紹。

1 航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣板金成形概述

金屬變形包含著兩個(gè)明顯不同的范疇，即彈性與塑性。金屬成形必須在塑性范圍內(nèi)進(jìn)行，才可以得到永久變形，航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣鈑金成形必須超過(guò)彈性極限，但不應(yīng)超過(guò)縮頸階段，即塑變量應(yīng)控制在均勻塑變范圍內(nèi)。因?yàn)槌^(guò)縮頸階段，特別是出現(xiàn)局部縮頸后縱然可以得到所要求的形狀，但在后續(xù)成型工序及使用中很容易導(dǎo)致破壞，因此，在壓力成形研究中必須研究不發(fā)生變形開裂所允許的最大變形量。航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣鈑金成形的方式很多，通常可用膨脹、拉延、伸長(zhǎng)類翻邊、彎曲變形等基本變形來(lái)表征，為了更好地分析板料對(duì)各種成形方式的適應(yīng)能力，在此引入了鈑金成形性能，即拉伸性能、脹形性能、翻邊性能、彎曲性能以及復(fù)合成形性能等。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣鈑金成形性能可簡(jiǎn)單地定義為：金屬板料通過(guò)塑性變形改變形狀的能力。鈑金基本力學(xué)性能可采用拉伸試驗(yàn)測(cè)量，通過(guò)測(cè)量得到兩類不同的力學(xué)性能：一是強(qiáng)度特性，例如屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度；二是延伸性，即斷后伸長(zhǎng)率，斷面收縮率。鈑金成形性能的評(píng)價(jià)包括抗變形能力的測(cè)量(強(qiáng)度)和斷裂前拉伸變形程度的測(cè)定(延伸性)，然而，要弄清航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣鈑金成形性能測(cè)量的重點(diǎn)是預(yù)測(cè)和測(cè)量斷裂之前的變形能力，即不發(fā)生開裂所允許的最大變形量。

2 鈑金塑性變形行為屈服準(zhǔn)則的發(fā)展

近幾十年來(lái)，屈服準(zhǔn)則的理論研究得到很大的發(fā)展，在數(shù)值模擬之前首先要選擇合適的屈服準(zhǔn)則。因此，必須對(duì)各種屈服準(zhǔn)則的使用條件以及缺陷有清晰的認(rèn)識(shí)。國(guó)外對(duì)屈服準(zhǔn)則的研究非常重視，但國(guó)內(nèi)對(duì)屈服準(zhǔn)則的研究并不多[4]。因此，在此有必要對(duì)各類屈服準(zhǔn)則進(jìn)行歸類分析，特別是對(duì)在發(fā)展過(guò)程中各種屈服準(zhǔn)則的使用條件及其缺陷進(jìn)行整體評(píng)估。

2.1 各向同性材料的屈服準(zhǔn)則

一般情況下，屈服準(zhǔn)則可以用兩種不同的方式來(lái)定義：一種是假設(shè)某些物理量(如能量、應(yīng)力等)達(dá)到某一臨界值時(shí)發(fā)生塑性屈服；另一種是通過(guò)解析函數(shù)來(lái)近似表征實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)。對(duì)于各向同性材料，最早用的的是Tresca屈服準(zhǔn)則以及Huber-von Mises屈服準(zhǔn)則。人們習(xí)慣稱Tresca屈服準(zhǔn)則(圖1)為最大剪應(yīng)力準(zhǔn)則，稱Mises屈服準(zhǔn)則(圖2)為能量準(zhǔn)則。

圖1 平面應(yīng)力狀態(tài)下Tresca屈服準(zhǔn)則圖Fig.1 Tresca yield criterion under plane stress condition

圖2 平面應(yīng)力狀態(tài)下von Mises屈服準(zhǔn)則圖Fig.2 Von Mises yield criterion under plane stress condition

1864年，Tresca最早提出的屈服準(zhǔn)則是根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果提出的。其認(rèn)為，是剪應(yīng)力作用下的晶界滑移引起的塑性應(yīng)變。根據(jù)此屈服準(zhǔn)則，當(dāng)最大剪應(yīng)力τmax達(dá)到臨界值時(shí)，材料發(fā)生塑性屈服。Huber-von Mises屈服準(zhǔn)則最早由Huber和von Mises獨(dú)立提出，Hencky后來(lái)對(duì)其進(jìn)行了發(fā)展，該屈服準(zhǔn)則是在假設(shè)靜水壓力并不影響材料的塑性屈服的基礎(chǔ)上提出的，其認(rèn)為，只用彈性畸變能影響材料從彈性向塑性的轉(zhuǎn)變。該準(zhǔn)則可以表述為：當(dāng)彈性畸變能(也稱形狀變化能)達(dá)到某一與應(yīng)力狀態(tài)無(wú)關(guān)的臨界值時(shí)，材料從彈性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄誀顟B(tài)。也就是發(fā)生屈服。本節(jié)僅針對(duì)典型的各向同性材料的屈服準(zhǔn)則進(jìn)行介紹，更多的各向同性屈服準(zhǔn)則，可以參見Zyczkowski[5]和Yu[6]的綜述。

2.2 各向異性材料的屈服準(zhǔn)則

隨著新材料、新工藝的發(fā)展，在板料的加工過(guò)程中經(jīng)過(guò)多次輥軋和熱處理，通常會(huì)呈現(xiàn)出明顯的各向異性，也就是說(shuō)內(nèi)部各個(gè)方向的晶粒狀態(tài)和組織不同，在不同的方向上呈現(xiàn)不同的力學(xué)特性，這對(duì)板料的塑性成形行為有顯著的影響，因此，要提高數(shù)值模擬的精度，就必須考慮各向異性對(duì)板料成形的影響。在拉深成形的過(guò)程中，凸緣出現(xiàn)制耳、拉深直壁出現(xiàn)斷裂等現(xiàn)象。對(duì)于各向同性金屬材料，著名的Mises準(zhǔn)則足以描述其屈服行為，但是，為了描述各向異性，則需要對(duì)經(jīng)典的Mises準(zhǔn)則進(jìn)行一定的修正?？梢砸M(jìn)一定的參數(shù)，但這些參數(shù)需要經(jīng)過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行確定。

最早被用于各向異性材料的屈服準(zhǔn)則，是由von Mises提出的，其表達(dá)式為二次函數(shù)形式。最初是用來(lái)描述單晶體材料的各向異性塑性變形行為，后來(lái)也被用于多晶體材料。1948年，Hill提出了一個(gè)各向異性的屈服準(zhǔn)則，即Hill48屈服準(zhǔn)則，該準(zhǔn)則假設(shè)材料具有3個(gè)相互垂直的各向異性對(duì)稱面。Hill48屈服準(zhǔn)則的優(yōu)點(diǎn)在于其基本假設(shè)很容易理解，屈服函數(shù)中的參數(shù)有直接的物理意義，在實(shí)踐中得到了廣泛的應(yīng)用。另外，對(duì)于三維問(wèn)題，該屈服準(zhǔn)則仍然具有簡(jiǎn)單的表達(dá)式，并且只需要數(shù)目較少的力學(xué)參數(shù)即可確定屈服準(zhǔn)則的表達(dá)式。但是Hill48屈服準(zhǔn)則不能描述“異常屈服”現(xiàn)象，即該準(zhǔn)則無(wú)法描述的材料，如鋁合金，只能用于在軸對(duì)稱拉深過(guò)程中形成4個(gè)“制耳”的材料。 針對(duì)二次式的屈服準(zhǔn)則不能描述如鋁合金等材料的塑性變形行為，Hill在1979年提出了Hill79屈服準(zhǔn)則，可以描述“異常屈服行為”的材料，即材料。并且可以得到相關(guān)聯(lián)的流動(dòng)準(zhǔn)則和等效應(yīng)變的解析式。但由于該函數(shù)不含剪應(yīng)力，只適合應(yīng)面內(nèi)各向同性的情況，這限制了其應(yīng)用，另外，該準(zhǔn)則的非凸性會(huì)導(dǎo)致屈服表面無(wú)限增大。針對(duì)Hill79屈服準(zhǔn)則只有當(dāng)主應(yīng)力的方向與各向異性主軸重合時(shí)才能使用，1990年，Hill提出了Hill90屈服準(zhǔn)則，該準(zhǔn)則可以同時(shí)描述“一階異常屈服行為”和“二階異常屈服行為”，并且可以很好地描述面內(nèi)單軸屈服應(yīng)力和各向異性系數(shù)的變化。但是該屈服準(zhǔn)則的函數(shù)形式比較復(fù)雜，需要較長(zhǎng)的計(jì)算時(shí)間。雖然，以上屈服準(zhǔn)則的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，但依然不能描述某些材料出現(xiàn)的“異常情況”，即板料在不同方向的單向拉伸屈服應(yīng)力相近而各向異性差異大。為此，1993年，Hill提出了Hill93屈服準(zhǔn)則，該準(zhǔn)則可以描述上“異常情況”，但它只有在應(yīng)力主軸和各向異性主軸平行的情況下才能使用，由于存在上述缺點(diǎn)，該屈服準(zhǔn)則的的使用還是受到一定的限制。

1972年，Hosford再次提出了Hershey的模型，并用其建立了一個(gè)各向異性屈服準(zhǔn)則。Barlat等和Banabic等以及其他研究人員提出了更多的擴(kuò)展形式。1979年Hosford獨(dú)立提出了Hosford1979屈服準(zhǔn)則，該準(zhǔn)則可以認(rèn)為是Hill1979屈服準(zhǔn)則的特例。該準(zhǔn)則的主要優(yōu)點(diǎn)在于，通過(guò)擬合的方法確定指數(shù)a，可以較好地接近Bishop-Hill理論以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到的屈服軌跡。1989年Barlat和Lian提出了著名的Barlat-Lian1989屈服準(zhǔn)則[7]。該準(zhǔn)則能夠更合理地描述有較強(qiáng)織構(gòu)各向異性金屬板料的屈服行為。但其無(wú)法同時(shí)反映面內(nèi)不同方向上單向屈服應(yīng)力及各向異性系數(shù)的變化，盡管該準(zhǔn)則有其局限性，Barlat-Lian1989屈服準(zhǔn)則仍然在金屬板材的數(shù)值模擬過(guò)程中經(jīng)常使用。1991年，Barlat將其屈服準(zhǔn)則擴(kuò)展到三維，為了消除Barlat-Lian1989屈服準(zhǔn)的缺點(diǎn)，Barlat提出了一個(gè)通用的六參數(shù)Barlat1991屈服準(zhǔn)則，該準(zhǔn)則具有通用和靈活的優(yōu)點(diǎn)，其預(yù)測(cè)的屈服面和通過(guò)晶體塑性理論計(jì)算的結(jié)果吻合很好，非常易于在有限元程序中實(shí)現(xiàn)，可以很好地預(yù)測(cè)板平面內(nèi)不同方向上的單向屈服應(yīng)力和各向異性系數(shù)。但該準(zhǔn)則流動(dòng)法則復(fù)雜，不便于使用。大量的實(shí)驗(yàn)研究表明，鋁合金的塑性變形行為很難用上述屈服準(zhǔn)則來(lái)描述，在20世紀(jì)90年代初，多個(gè)學(xué)者對(duì)該問(wèn)題開展了研究。為了提高屈服準(zhǔn)則的性能，1996年，Barlat等提出了一個(gè)1994年屈服準(zhǔn)則的通用表達(dá)式，也就是Barlat1996屈服準(zhǔn)則，利用該準(zhǔn)則進(jìn)行圓筒形件的拉深模擬，可以很好地預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)中觀察到的制耳現(xiàn)象，所計(jì)算的屈服面也與Bishop-Hill理論結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合很好。但該準(zhǔn)則中等效應(yīng)力的導(dǎo)數(shù)難以解析確定，因此該模型在數(shù)值模擬程序中使用受到限制以及屈服函數(shù)的外凸特性無(wú)法保證。1993年，Karafills和Boyce[8]針對(duì)利用加權(quán)法將von Mise和Tresca屈服準(zhǔn)則結(jié)合到一起，同時(shí)利用一個(gè)線性轉(zhuǎn)換以實(shí)現(xiàn)從各向同性到各向異性的轉(zhuǎn)換。Karafills-Boyce屈服準(zhǔn)則預(yù)測(cè)的屈服面，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較吻合，該屈服準(zhǔn)則只采用單向拉伸實(shí)驗(yàn)來(lái)確定材料參數(shù)，從數(shù)學(xué)角度來(lái)看Karafills-Boyce屈服準(zhǔn)則既簡(jiǎn)潔又嚴(yán)謹(jǐn)，但該準(zhǔn)則轉(zhuǎn)換矩陣的確定步驟比較復(fù)雜需要采用數(shù)值解法。

2.3 先進(jìn)的各向異性屈服準(zhǔn)則

隨著汽車制造業(yè)和航空工業(yè)中的飛速發(fā)展，人們開始研發(fā)新的合金鋼和具有更好性能的鋁合金，同時(shí)對(duì)鎂合金和超塑性合金的使用更有興趣。從2000年開始，為了更好地描述這些材料的各向異性行為，激發(fā)了對(duì)屈服準(zhǔn)則的相關(guān)研究。涌現(xiàn)出一些先進(jìn)的各向異性屈服準(zhǔn)則。

為了解決Barlat1994和Barlat1994屈服準(zhǔn)則的缺點(diǎn)，同時(shí)保證其靈活的特點(diǎn)，Barlat在2000年提出了專用于平面應(yīng)力狀態(tài)的新模型，并通過(guò)對(duì)兩個(gè)不同的各向同性屈服準(zhǔn)則分別進(jìn)行轉(zhuǎn)換，提出Barlat-18p屈服準(zhǔn)則，該準(zhǔn)則已嵌入LS/Dyna商業(yè)軟件，其能預(yù)測(cè)杯形件拉深過(guò)程中出現(xiàn)6個(gè)和8個(gè)制耳的情況。但缺點(diǎn)在于需要采用晶體塑性模型來(lái)確定部分參數(shù)。

GERTETA團(tuán)隊(duì)開發(fā)一個(gè)能夠準(zhǔn)確描述由織構(gòu)計(jì)算預(yù)測(cè)的屈服面。在Hershey所提出的各向同性公式的基礎(chǔ)上，通過(guò)在模型上增加權(quán)重因子，提出了Banabic-Balan-Comsa(BBC)屈服準(zhǔn)則，BBC2005屈服準(zhǔn)則已經(jīng)集成到AutoForm4.1商業(yè)有限元軟件中。

為了在各向同性屈服準(zhǔn)則中引入正交各向異性，Cazacu和Barlat基于張量函數(shù)理論提出了另一種方法，通過(guò)將各向同性屈服準(zhǔn)則中的應(yīng)力偏張量不變量換成各向異性的表達(dá)式得到了Cazacu-Barlat屈服準(zhǔn)則，該準(zhǔn)則的優(yōu)點(diǎn)在于能夠準(zhǔn)確地描述鎂合金和鈦合金特有的拉/壓異性變形行為。

利用實(shí)驗(yàn)中確定的屈服點(diǎn)，Verter等應(yīng)用bezier插值得到了第一象限內(nèi)的屈服軌跡，并提出了Verter屈服準(zhǔn)則，該準(zhǔn)則采用多個(gè)參數(shù)可保證好的靈活性，缺點(diǎn)是其表達(dá)形式復(fù)雜，該準(zhǔn)則已被集成到PAMSTAMP商用軟件中。

Hill在1950年提出一個(gè)用于平面應(yīng)力狀態(tài)的多項(xiàng)式形式的各向異性屈服準(zhǔn)則，Gotoh利用這種思想，成功提出了一個(gè)4階多項(xiàng)式形式的屈服準(zhǔn)則，在Hill思想的影響下，還出現(xiàn)了一類新的多項(xiàng)式形式的屈服準(zhǔn)則。該類屈服準(zhǔn)則容易擴(kuò)展到三維應(yīng)力狀態(tài)，系數(shù)多，靈活性好。但是不是所有的公式都滿足外凸性，因此一些系數(shù)的變換范圍需要限定。

3 屈服準(zhǔn)則的選擇

目前，屈服準(zhǔn)則琳瑯滿目，在一定程度上造成了使用中的混亂，屈服準(zhǔn)則的選擇關(guān)系到數(shù)值模擬的正確與可靠，是縮短設(shè)計(jì)周期的必要前提。因此，在選用之前，需要對(duì)屈服準(zhǔn)則做出判斷。我們需要考慮到所選用的屈服準(zhǔn)則對(duì)于屈服軌跡、單軸屈服應(yīng)力、塑性各向異性參數(shù)的預(yù)測(cè)精度是否滿足要求。屈服準(zhǔn)則其中有一重要作用就是為了嵌入到數(shù)值模擬的過(guò)程中，因此必須考慮計(jì)算效率以及是否易于集成到數(shù)值模擬程序中，雖然現(xiàn)在已有相應(yīng)的屈服準(zhǔn)則嵌入到商業(yè)軟件中，但是或多或少都還存在著模擬精度的問(wèn)題。隨著新材料的不斷出現(xiàn)，屈服準(zhǔn)則是選擇必須考慮其通用性，以及考慮到屈服準(zhǔn)則所涉及到的力學(xué)性能參數(shù)，這些力學(xué)參數(shù)必須通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)獲取，因此就需要充分考慮獲得力學(xué)性能參數(shù)所用實(shí)驗(yàn)的難易程度。本節(jié)針對(duì)屈服準(zhǔn)則選擇的主要面臨的問(wèn)題做以敘述，然而還有其他方面的問(wèn)題還需要我們借鑒，例如屈服準(zhǔn)則是否使用方便、在學(xué)術(shù)界以及工業(yè)屆的接受程度等。

4 展望

通過(guò)本文對(duì)屈服準(zhǔn)則的敘述，從各向同性屈服準(zhǔn)則的提出，重點(diǎn)到各向異性屈服準(zhǔn)則的發(fā)展，以及現(xiàn)在的先進(jìn)的屈服準(zhǔn)則的研究。屈服準(zhǔn)則的研究已經(jīng)發(fā)生了很大的變化。先進(jìn)的屈服準(zhǔn)則可以準(zhǔn)確描述各向異性材料的變形行為。一方面，可以同時(shí)描述單軸屈服應(yīng)力和各向異性系數(shù)的變化，另一方面，可以描述一階和二階的異常屈服行為。而且，屈服準(zhǔn)則還可以推廣到三維應(yīng)力狀態(tài)，解決更多的工程實(shí)際問(wèn)題。未來(lái)該領(lǐng)域的主要研究方向可以集中到以下方面：

1)開發(fā)新的能夠描述特殊性質(zhì)的模型的屈服準(zhǔn)則，隨著新型材料(超塑性材料和記憶性材料等)不斷出現(xiàn)，現(xiàn)有的屈服準(zhǔn)則不足以描述其屈服行為，因此需要建立新的屈服準(zhǔn)則。

2)通過(guò)考慮屈服方程中系數(shù)的變化，描述非線性加載情況下的屈服軌跡。

3)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)研究方法，目前對(duì)于屈服準(zhǔn)則實(shí)驗(yàn)研究的方法主要集中于單向拉伸實(shí)驗(yàn)、圓板脹形、厚度方向壓縮等基本實(shí)驗(yàn)及其組合，僅能反應(yīng)單拉點(diǎn)、等雙拉點(diǎn)、平面應(yīng)變的特性的變形情況，為了表達(dá)板料的真實(shí)變形情況，必須創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)方法，以滿足要求。

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Forming and Yield Criteria of Sheet Metals for Aero-engine Casings

YANG Jun-gang1，WANG Yun1，ZHENG Xue-zhu2，LI You-chun2

(1.SchoolofAircraftEngineering,NanchangHangkongUniversity,Nanchang330063,China;
2.ChinaSouthernAviationIndustry(Group)Co.,Ltd.,HunanZhuzhou412000,China)

Sheet metal casings, main components of aero-engines, have the following features: complex structure, difficult forming of material and internal residual stress after forming. With the development of computer, numerical simulation has become a main auxiliary means of sheet forming, and yield criterion is the foundation of numerical simulation. The forming performances of sheet metals for aero-engine casings were introduced, yield criteria of isotropic and anisotropic materials were summarized. It is assumed that yield criteria should be based on yield locus, uniaxial yield stress and plastic anisotropy parameters. It is pointed out that the future yield criteria may be developed according to new yield criterion, yield locus under nonlinear loading, and innovative experimental method.

aero-engine; casing; forming of sheet metal; numerical simulation; yield criterion

2016年12月1日

2017年1月20日

楊俊剛(1989年-)，男，碩士研究生，主要從事塑性成形技術(shù)等方面的研究。

TG115.5

A

10.3969/j.issn.1673-6214.2017.01.007

1673-6214(2017)01-0033-05