飛機(jī)鈦合金結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

前言

鈦及其合金是20世紀(jì)中葉興起并開始用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)的重要金屬材料，具有較高的比強(qiáng)度和熱強(qiáng)度、重量輕、抗蝕性好。鈦合金與先進(jìn)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度匹配性好，不會(huì)產(chǎn)生電偶腐蝕，可以提高結(jié)構(gòu)效率。由于鈦合金材料與工藝特點(diǎn)，使得鈦合金結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)金屬結(jié)構(gòu)有諸多不同之處，具有很大的靈活性，能發(fā)揮設(shè)計(jì)／制造一體化的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，甚至可以構(gòu)造出多種新型、高效率結(jié)構(gòu)，這有助于化解現(xiàn)代飛機(jī)結(jié)構(gòu)輕質(zhì)高效、長(zhǎng)壽命、低成本、多功能、快速響應(yīng)研制等之間的矛盾，對(duì)于減輕結(jié)構(gòu)重量、提高結(jié)構(gòu)效率、改善結(jié)構(gòu)可靠性、提高機(jī)體壽命、滿足高溫和高載以及腐蝕環(huán)境要求等能發(fā)揮其它金屬無(wú)法比擬的作用。鈦合金已成為現(xiàn)代飛機(jī)主體結(jié)構(gòu)的重要選用材料，其應(yīng)用水平甚至成為衡量飛機(jī)結(jié)構(gòu)先進(jìn)程度的重要標(biāo)志之一，是影響飛機(jī)戰(zhàn)技性能的一個(gè)重要方面。鈦合金材料成本高、加工困難，導(dǎo)致其制件成本居高不下。因此，近幾十年來(lái)，降低鈦合金構(gòu)件的制造成本、擴(kuò)大應(yīng)用范圍、充分發(fā)揮其結(jié)構(gòu)效率是飛機(jī)結(jié)構(gòu)所用鈦合金的主要發(fā)展方向。本書以飛機(jī)鈦合金結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)／制造一體化為技術(shù)主線，以輕質(zhì)高效、長(zhǎng)壽命、低成本、多功能為設(shè)計(jì)需求，以飛機(jī)加強(qiáng)框、梁、壁板等主承力結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，按照制造技術(shù)進(jìn)行分類，從飛機(jī)結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)角度介紹鈦合金結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法與應(yīng)用實(shí)例。本書是國(guó)內(nèi)首部有關(guān)飛機(jī)鈦合金結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析方面的專著，內(nèi)容全部源自工程應(yīng)用研究，具有很強(qiáng)的針對(duì)性和示范性，內(nèi)容翔實(shí)、依據(jù)充分、實(shí)用性強(qiáng)，對(duì)于現(xiàn)代飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析具有很好的指導(dǎo)作用和參考價(jià)值，非常適合飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員、工藝人員、維護(hù)修理人員、高校相關(guān)專業(yè)師生科研和教學(xué)參考使用。

內(nèi)容概要

本書以飛機(jī)鈦合金結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)/制造一體化為技術(shù)主線，以輕質(zhì)高效、長(zhǎng)壽命、低成本、多功能為設(shè)計(jì)需求，以加強(qiáng)框、梁、壁板等主承力結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，按照制造技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行分類，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析角度介紹鈦合金結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法與應(yīng)用實(shí)例。    本書是國(guó)內(nèi)首部有關(guān)飛機(jī)鈦合金結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析方面的專著，全部源自工程實(shí)際，內(nèi)容翔實(shí)、依據(jù)充分、實(shí)用性強(qiáng)，對(duì)于現(xiàn)代飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析具有很好的示范作用和重要參考價(jià)值?？晒╋w機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員、工藝人員、維護(hù)修理人員、高校相關(guān)專業(yè)師生使用。

書籍目錄

第1章  飛機(jī)鈦合金結(jié)構(gòu)應(yīng)用概述  1.1  鈦合金在飛機(jī)結(jié)構(gòu)中日益廣泛的應(yīng)用    1.1.1  鈦合金的主要特點(diǎn)    1.1.2  鈦合金在現(xiàn)代飛機(jī)結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用  1.2  用于飛機(jī)制造的鈦合金    1.2.1  鈦合金的分類    1.2.2  α型鈦合金    1.2.3  β型鈦合金    1.2.4  (α+β)型鈦合金    1.2.5  鈦合金冶金質(zhì)量  1.3  鈦合金制造的工藝特點(diǎn)    1.3.1  鈦合金鍛造與擠壓    1.3.2  鈦合金的鑄造    1.3.3  鈦合金的激光成形    1.3.4  鈦合金的鈑金成形    1.3.5  鈦合金的超塑成形/擴(kuò)散連接    1 3.6  鈦合金的焊接工藝    1.3.7  鈦合金的化銑工藝    1.3.8  鈦合金零件的表面強(qiáng)化    1.3.9  鈦合金零件的熱處理    1.3.10  鈦合金的機(jī)械加工與裝配  1.4  鈦合金結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)    1.4.1  鈦合金結(jié)構(gòu)減重設(shè)計(jì)    1.4.2  鈦合金結(jié)構(gòu)抗疲勞設(shè)計(jì)    1.4.3  鈦合金結(jié)構(gòu)腐蝕控制    1.4.4  鈦合金結(jié)構(gòu)成本控制    1.4.5  鈦合金結(jié)構(gòu)多約束設(shè)計(jì)  1.5  飛機(jī)鈦合金結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選材    1.5.1  飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選材的一般過程    1.5.2  選材的一般原則    1.5.3  選材判據(jù)    1.5.4  部分鈦合金材料的應(yīng)用特點(diǎn)  參考文獻(xiàn)第2章  鈦合金傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與實(shí)例  2.1  引言    2.1.1  本章的主要內(nèi)容    2.1.2  關(guān)于鈦合金傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)選材  2.2  鈦合金加強(qiáng)框、梁設(shè)計(jì)    2.2.1  典型機(jī)身加強(qiáng)框結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)    2.2.2  鈦合金梁類結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)  2.3  鈦合金組合壁板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)    2.3.1  結(jié)構(gòu)特點(diǎn)    2.3.2  設(shè)計(jì)基本要求    2.3.3  設(shè)計(jì)選材    2.3.4  蒙皮壁板與鈑金框的厚度參數(shù)    2.3.5  蒙皮壁板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)    2.3.6  普通框的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)    2.3.7  試驗(yàn)驗(yàn)證  2.4  鈦合金機(jī)械連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)    2.4.1  鉚接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)    2.4.2  螺接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)  2.5  小結(jié)  參考文獻(xiàn)第3章  鈦合金焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與評(píng)定  3.1  引言    3.1.1  鈦合金焊接結(jié)構(gòu)的意義    3.1.2  焊接結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度設(shè)計(jì)分析方法  3.2  鈦合金焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則與方法    3.2.1  鈦合金焊接結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)    3.2.2  焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求    3.2.3  焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則    3.2.4  焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法  3.3  鈦合金焊接加強(qiáng)框、梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)  3.4  鈦合金焊接壁板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)    3.4.1  主承力鈦合金焊接壁板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)    3.4.2  發(fā)動(dòng)機(jī)艙焊接蒙皮壁板  3.5  設(shè)計(jì)中對(duì)接焊縫方向(形狀)選取的分析  3.6  鈦合金焊接結(jié)構(gòu)疲勞特性評(píng)定方法    3.6.1  建立鈦合金焊接結(jié)構(gòu)疲勞特性評(píng)估方法的必要性    3.6.2  鈦合金焊接結(jié)構(gòu)疲勞特性評(píng)估的當(dāng)量K法    3.6.3  鈦合金焊接結(jié)構(gòu)疲勞特性評(píng)估的三參數(shù)法  3.7  4種焊接工藝下鈦合金的疲勞特性    3.7.1  4種焊接工藝鈦合金疲勞特性研究方法    3.7.2  疲勞試驗(yàn)與結(jié)果    3.7.3  疲勞試驗(yàn)壽命的統(tǒng)計(jì)對(duì)比    3.7.4  4種焊接工藝當(dāng)量K的對(duì)比  3.8  焊縫方向(形狀)對(duì)鈦合金焊接件疲勞特性的影響    3.8.1  對(duì)4種焊縫疲勞特性的研究方法    3.8.2  試驗(yàn)與結(jié)果    3.8.3  不同焊縫方向(形狀)下疲勞試驗(yàn)壽命的對(duì)比    3.8.4  綜合分析與基本結(jié)論  3.9  鈦合金焊接件焊后表面強(qiáng)化工藝對(duì)壽命的影響    3.9.1  鈦合金焊接件焊后表面強(qiáng)化對(duì)壽命影響的研究途徑    3.9.2  考慮焊后表面處理工藝對(duì)壽命影響的方法    3.9.3  試驗(yàn)與結(jié)果    3.9.4  噴砂工藝對(duì)鈦合金焊接件壽命影響的研究    3.9.5  噴丸工藝對(duì)鈦合金焊接件壽命影響的研究    3.9.6  焊縫拋光對(duì)鈦合金焊接件壽命影6向的研究    3.9.7  綜合分析與結(jié)論  參考文獻(xiàn)第4章  鈦合金超塑成形/擴(kuò)散連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析  4.1  超塑成形/擴(kuò)散連接結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則與方法    4.1.1  超塑成形/擴(kuò)散連接結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)    4.1.2  超塑成形/擴(kuò)散連接結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則    4.1.3  鈦合金超塑成形/擴(kuò)散連接結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法  4.2  鈦合金超塑成形/擴(kuò)散連接口蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與應(yīng)用    4.2.1  傳統(tǒng)口蓋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)    4.2.2  超塑成形/擴(kuò)散連接口蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與應(yīng)用  4.3  超塑成形/擴(kuò)散連接壁板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析    4.3.1  機(jī)體壁板結(jié)構(gòu)的分類    4.3.2  超塑成形/擴(kuò)散連接壁板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與應(yīng)用  4.4  超塑成形/擴(kuò)散連接整體氣動(dòng)面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與應(yīng)用    4.4.1  氣動(dòng)面的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)    4.4.2  超塑成形/擴(kuò)散連接整體氣動(dòng)面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與應(yīng)用  4.5  超塑成形/擴(kuò)散連接框、梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析    4.5.1  框、梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)    4.5.2  超塑成形/擴(kuò)散連接框、梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與應(yīng)用  4.6  超塑成形/擴(kuò)散連接的焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與評(píng)定    4.6.1  超塑成形/擴(kuò)散連接的焊接結(jié)構(gòu)特點(diǎn)    4.6.2  熔焊工藝順序?qū)Τ艹尚?擴(kuò)散連接的影響  參考文獻(xiàn)第5章  鈦合金鑄造結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)與應(yīng)用  5.1  鈦合金鑄件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則與方法    5.1.1  鈦合金鑄件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)    5.1.2  鈦合金鑄件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則與方法  5.2  鈦合金精密鑄造薄壁結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)與分析  5.3  大型鈦合金精密鑄造結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)與分析    5.3.1  鈦合金鑄件大型整體化的作用    5.3.2  大型鈦合金熱等靜壓精密鑄件的設(shè)計(jì)實(shí)例  5.4  鈦合金熱等靜壓/精密鑄：、造/電子束焊接件的性能  參考文獻(xiàn)第6章  鈦合金激光成形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與應(yīng)用  6.1  激光成形結(jié)構(gòu)件的特點(diǎn)    6.1.1  鈦合金結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)制件的現(xiàn)狀    6.1.2  鈦合金激光成形的技術(shù)特點(diǎn)    6.1.3  激光成形TAl5鈦合金的基本性能  6.2  激光成形鈦合金結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)與特點(diǎn)分析    6.2.1  激光成形鈦合金結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)    6.2.2  激光成形鈦合金結(jié)構(gòu)所蘊(yùn)含的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)問題  6.3  鈦合金激光成形次承力結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)與應(yīng)用    6.3.1  鈦合金激光成形角盒設(shè)計(jì)與應(yīng)用    6.3.2  鈦合金激光成形長(zhǎng)桁(型材)設(shè)計(jì)與應(yīng)用  6.4  激光成形主承力件設(shè)計(jì)與應(yīng)用    6.4.1  鈦合金激光成形支撐梁設(shè)計(jì)與應(yīng)用    6.4.2  鈦合金激光成形機(jī)翼根肋設(shè)計(jì)與應(yīng)用  6.5  鈦合金激光成形新結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介    6.5.1  鈦合金梯度復(fù)合結(jié)構(gòu)    6.5.2  鈦合金成形連接結(jié)構(gòu)    6.5.3  鈦合金成形修復(fù)結(jié)構(gòu)  參考文獻(xiàn)第7章  鈦合金層合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究  7.1  鈦合金層合結(jié)構(gòu)件的特點(diǎn)  7.2  鈦合金層合結(jié)構(gòu)耐久性試驗(yàn)研究    7.2.1  引言    7.2.2  試驗(yàn)概況    7.2.3  試驗(yàn)結(jié)果與分析    7.2.4  結(jié)論  7.3  鈦合金層合結(jié)構(gòu)損傷容限特性試驗(yàn)研究    7.3.1  引言    7.3.2  試驗(yàn)概況    7.3.3  試驗(yàn)結(jié)果與分析    7.3.4  結(jié)論  7.4  鈦合金典型層合結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)  參考文獻(xiàn)第8章  鈦合金零件的表面強(qiáng)化  8.1  引言    8.1.1  表面強(qiáng)化的作用與種類    8.1.2  表面強(qiáng)化工藝選取與增壽效益應(yīng)用的技術(shù)途徑    8.1.3  鈦合金零件強(qiáng)化工藝的增壽效益試驗(yàn)研究技術(shù)途徑  8.2  鈦合金結(jié)構(gòu)表面強(qiáng)化增壽效益的試驗(yàn)研究    8.2.1  TA15鈦合金元件表面強(qiáng)化疲勞對(duì)比試驗(yàn)與分析    8.2.2  TC6鈦合金零件表面強(qiáng)化疲勞試驗(yàn)對(duì)比    8.2.3  TC18鈦合金耳片強(qiáng)化疲勞對(duì)比試驗(yàn)  8.3  鈦合金焊接件表面強(qiáng)化    8.3.1  TA15與TC4焊接件表面強(qiáng)化(處理)    8.3.2  TC6焊接圓筒元件表面強(qiáng)化疲勞試驗(yàn)  參考文獻(xiàn)第9章  鈦合金結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工程應(yīng)用  9.1  鈦合金超塑成形/擴(kuò)散連接口蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與應(yīng)用    9.1.1  鈦合金超塑成形/擴(kuò)散連接口蓋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)    9.1.2  鈦合金SPF/DB機(jī)身口蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與應(yīng)用  9.2  鈦合金超塑成形/擴(kuò)散連接機(jī)身壁板設(shè)計(jì)與應(yīng)用    9.2.1  鈦合金超塑成形/擴(kuò)散連接機(jī)身壁板的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)    9.2.2  鈦合金超塑成形/擴(kuò)散連接機(jī)身壁板設(shè)計(jì)與應(yīng)用  9.3  鈦合金超塑成形/擴(kuò)散連接加強(qiáng)框設(shè)計(jì)與應(yīng)用    9.3.1  鈦合金超塑成形/擴(kuò)散連接加強(qiáng)框的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)    9.3.2  TC4鈦合金超塑成形/擴(kuò)散連接加強(qiáng)框設(shè)計(jì)與應(yīng)用  9.4  鈦合金焊接加強(qiáng)框設(shè)計(jì)與應(yīng)用    9.4.1  鈦合金焊接加強(qiáng)框的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)    9.4.2  鈦合金焊接加強(qiáng)框的設(shè)計(jì)  9.5  鈦合金焊接加筋壁板設(shè)計(jì)與應(yīng)用    9.5.1  鈦合金焊接加筋壁板的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)    9.5.2  鈦合金焊接加筋壁板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)  參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：按現(xiàn)代戰(zhàn)斗機(jī)機(jī)體鈦合金結(jié)構(gòu)需求分析，鈦合金成形連接基本不受結(jié)構(gòu)件所需的材料規(guī)格限制，即使傳統(tǒng)的厚板或鍛件規(guī)格尺寸不能滿足要求時(shí)，采用鈦合金成形連接技術(shù)，也可以設(shè)計(jì)制造超規(guī)格構(gòu)件。鑒于鈦合金成形連接是利用激光成形技術(shù)發(fā)展而來(lái)的新型連接技術(shù)，故同鈦合金激光成形結(jié)構(gòu)一樣，可以構(gòu)造出多種多樣的新型連接結(jié)構(gòu)，使得其設(shè)計(jì)空間得到拓寬。除通用激光設(shè)備外，鈦合金成形連接不需要專用設(shè)施，其材料用率高、機(jī)械加工量少、制造成本降低、生產(chǎn)周期縮短，特別是其力學(xué)性能同激光成形母體材料基本一致。6.5.3 鈦合金成形修復(fù)結(jié)構(gòu)現(xiàn)代飛機(jī)在制造過程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)大量的加工超差，或在服役使用中經(jīng)常出現(xiàn)裂紋、腐蝕、磨損等故障。特別是對(duì)于鈦合金主承力結(jié)構(gòu)的加工超差或使用故障而言，補(bǔ)救措施往往需要較大的經(jīng)濟(jì)成本或較長(zhǎng)的修理周期。這些重要結(jié)構(gòu)件價(jià)值少則數(shù)十萬(wàn)元，多則上百萬(wàn)元，嚴(yán)重者只能作報(bào)廢處理。不僅如此，一些構(gòu)件缺少備份，一旦報(bào)廢只能重新生產(chǎn)加工，對(duì)生產(chǎn)和科研型號(hào)的進(jìn)度會(huì)構(gòu)成嚴(yán)重影響。鈦合金成形修復(fù)結(jié)構(gòu)就是利用激光熔覆逐層沉積，針對(duì)鈦合金主承力結(jié)構(gòu)件在加工過程中所產(chǎn)生的幾何缺陷，或在服役使用中出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)故障，按指定的強(qiáng)度、剛度、壽命或功能等修理設(shè)計(jì)原則，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)件的健康修復(fù)，經(jīng)修復(fù)制件的性能與完好件基本等效。這不僅可挽救眾多價(jià)值昂貴的超差制件，減少巨額經(jīng)濟(jì)損失，而且可以確保生產(chǎn)和研制周期，因此具有極大的應(yīng)用價(jià)值，軍事效益和經(jīng)濟(jì)效益非常顯著。

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