第一篇 民用飞机构件先进成形技术基础 5
1 民用飞机主要结构材料及相关的成形技术 5
1.1 民用飞机结构材料应用和发展趋势 5
1.2 民用飞机结构材料成形技术现状和发展趋势 7
2 航空结构创新构型拓扑优化设计 14
2.1 概述 14
2.1.1 拓扑优化技术简介 14
2.1.2 拓扑优化与构件先进成形技术 16
2.2 拓扑优化技术的应用现状 17
2.2.1 商业化软件 17
2.2.2 标准结构拓扑布局设计 17
2.2.3 加筋结构拓扑布局设计 22
2.3 拓扑优化技术最新发展 24
2.3.1 考虑静强度的拓扑优化设计 24
2.3.2 热力耦合结构拓扑优化设计 25
2.3.3 考虑动力学响应的结构拓扑优化设计 27
2.3.4 整体式多组件结构拓扑优化设计 30
2.3.5 多相材料结构拓扑优化设计 31
2.3.6 考虑特殊工程要求的结构拓扑优化设计 33
3 成形工艺数字化仿真技术 41
3.1 铸造工艺模拟仿真 42
3.1.1 引言 42
3.1.2 数值模拟技术在航空发动机涡轮叶片上的应用 44
3.1.3 小结 63
3.2 塑性成形工艺模拟仿真 65
3.2.1 引言 65
3.2.2 数值模拟技术在航空航天领域环锻件辗轧成形中的应用 66
3.2.3 小结 78
3.3 增材制造工艺模拟仿真 78
3.3.1 引言 78
3.3.2 增材制造数值模拟技术在航空航天领域的应用 79
3.3.3 小结 106
第二篇 先进塑性成形技术 120
4 钛合金大型复杂整体构件等温局部加载近净成形 120
4.1 引言 120
4.2 钛合金大型复杂整体构件等温局部加载成形原理 121
4.2.1 钛合金大型复杂整体构件等温局部加载成形基本原理 121
4.2.2 钛合金大型复杂整体构件等温局部加载成形面临的挑战 121
4.3 等温局部加载多道次成形宏观变形与微观组织演化 122
4.3.1 等温局部加载不均匀变形特征 122
4.3.2 等温局部加载不同加载区和过渡区微观组织与性能 124
4.4 等温局部加载宏观成形缺陷预测与控制 128
4.4.1 等温局部加载宏观成形缺陷形式 128
4.4.2 等温局部加载宏观成形缺陷预测与控制 129
4.5 钛合金大型复杂整体构件等温局部加载成形过程优化控制 133
4.5.1 大型复杂整体构件不等厚坯料优化设计 133
4.5.2 等温局部加载全过程工艺参数优化与控制 138
4.5.3 大型组合模具优化设计与运动控制 143
5 高性能轻量化弯管件数控弯曲精确成形制造技术 152
5.1 引言 152
5.2 数控弯曲成形原理及难变形管材弯曲性能 153
5.2.1 数控弯曲成形原理 153
5.2.2 难变形管材弯曲性能 154
5.3 拉压区不均匀变形与成形缺陷特征 158
5.3.1 数控弯曲拉压区不均匀变形特征 158
5.3.2 数控弯曲成形缺陷特征 160
5.4 成形极限预测与提高技术 164
5.4.1 多缺陷约束成形极限预测方法 164
5.4.2 成形极限提高技术 166
5.5 卸载回弹预测和控制技术 178
5.5.1 回弹预测方法 179
5.5.2 回弹控制技术 181
5.6 工模具设计与调模技术 185
5.6.1 数控弯曲工模具选材 185
5.6.2 薄壁管小弯曲半径数控弯曲柔性芯模结构设计方法 186
5.6.3 薄壁钛管数控热弯成形模具设计方法 187
5.6.4 基于KBE/FE的数控弯管模具设计与成形性评估系统 189
5.7 成形过程优化与控制技术 190
5.7.1 多目标多参数多约束优化数学模型 190
5.7.2 薄壁管数控弯曲参数确定性优化设计方法 196
5.7.3 大直径薄壁管数控弯曲稳健性优化设计方法 197
第三篇 先进铸造技术 207
6 钛合金铸造技术 207
6.1 概述 207
6.2 先进铸造钛合金 212
6.2.1 高强度钛合金 213
6.2.2 高温钛合金 215
6.2.3 阻燃钛合金 219
6.2.4 损伤容限钛合金 221
6.3 钛合金熔铸技术 223
6.3.1 真空自耗电极电弧凝壳熔铸 223
6.3.2 真空感应熔铸法 228
6.3.3 电子束熔铸法 229
6.4 造型工艺与技术 230
6.4.1 主要造型工艺 230
6.4.2 铸造工艺设计 244
6.5 钛合金铸件的清理、精整与热处理 251
6.5.1 清理、精整 251
6.5.2 钛合金铸件的焊接修复 253
6.5.3 热处理 257
6.6 质量控制技术 260
6.6.1 尺寸检验 260
6.6.2 目视检验 260
6.6.3 无损检测 260
7 反重力铸造 269
7.1 反重力铸造原理及分类 269
7.1.1 真空吸铸 271
7.1.2 低压铸造 273
7.1.3 差压铸造 274
7.1.4 调压铸造 276
7.2 反重力铸造工艺参数 278
7.2.1 压力调控 278
7.2.2 浇注温度及铸型温度 282
7.3 反重力铸造工艺方案 283
7.3.1 浇注位置及分型面 283
7.3.2 浇注系统及冒口设计 284
7.3.3 铸型排气设计 287
7.3.4 铸型涂料 287
7.4 反重力铸造设备及自动化 289
7.4.1 反重力铸造设备 289
7.4.2 压力控制系统 292
7.4.3 保温炉结构设计 296
7.4.4 升液管结构设计 297
7.4.5 电磁低压铸造 299
7.5 反重力铸造缺陷与对策 299
7.5.1 缩孔与缩松 299
7.5.2 气孔缺陷 300
7.5.3 浇不足及铸件空壳 301
7.5.4 铸件披缝、鼓胀及跑火 302
7.5.5 铸件变形及裂纹 303
7.5.6 粘砂 304
7.6 反重力铸造应用实例 304
7.6.1 差压铸造技术在高性能大型复杂薄壁铸件生产中的应用 304
7.6.2 调压铸造技术在高性能中小型复杂薄壁铸件生产中的应用 305
第四篇 先进焊接技术 310
8 激光焊接 310
8.1 概述 310
8.1.1 激光焊接技术特点 310
8.1.2 民用飞机机身壁板激光焊接技术现状及发展趋势 311
8.2 民用飞机机身材料的激光焊接特性 318
8.2.1 民用飞机机身材料及其应用 318
8.2.2 金属焊接性概念 320
8.2.3 铝合金的激光焊接裂纹倾向及防止 320
8.2.4 铝合金的激光焊接气孔倾向及防止 322
8.2.5 铝合金激光焊接接头的工艺缺陷 324
8.3 几种民用飞机铝合金激光焊接接头组织性能分析 325
8.3.1 6000系铝合金激光焊接接头组织性能 325
8.3.2 2000系铝锂合金激光焊接接头组织性能 327
8.3.3 铝合金焊接接头的断裂分析 328
8.4 民用飞机机身壁板结构构件激光焊接 334
8.4.1 铝合金T型接头双侧激光焊接工艺 334
8.4.2 焊接工装夹具设计 336
8.4.3 机身壁板焊接工艺流程 336
8.4.4 机身壁板点固焊接 338
8.4.5 机身壁板焊接缺陷的修补 339
9 搅拌摩擦焊 345
9.1 搅拌摩擦焊技术原理及应用 345
9.1.1 技术原理 345
9.1.2 搅拌摩擦焊基本特点与优势 346
9.1.3 焊接接头形式 346
9.1.4 搅拌摩擦焊接在飞行器制造中的应用 347
9.2 焊接工艺与装备 351
9.2.1 主要焊接工艺参数 351
9.2.2 搅拌摩擦焊设备 351
9.3 搅拌摩擦焊接头组织及力学性能 357
9.3.1 接头组织 357
9.3.2 搅拌摩擦焊接头的力学性能 365
9.3.3 工艺参数对接头强度的影响 366
9.3.4 搅拌摩擦焊接头与铆接接头强度 367
9.4 焊缝成型机理 368
9.4.1 焊接接头温度场分布特点 368
9.4.2 焊缝金属的塑性流动行为观察技术 369
9.4.3 铜箔作为标识材料显示材料流动行为的有效性 372
9.4.4 焊缝金属流动的基本形式 374
9.4.5 焊缝成形机理 385
9.5 焊接接头残余应力与变形 388
9.5.1 焊接接头残余应力分布 388
9.5.2 焊接接头变形 389
9.6 焊接缺陷及其检测技术 389
9.6.1 表面缺陷 389
9.6.2 内部缺陷 390
9.6.3 典型焊接缺陷的产生机理 391
9.6.4 缺陷检测技术 393
9.7 搅拌摩擦焊接技术的发展 394
9.7.1 双轴肩搅拌摩擦焊技术 394
9.7.2 流动摩擦焊接技术 395
9.7.3 静轴肩搅拌摩擦焊接技术 396
9.7.4 复合热源搅拌摩擦焊接技术 397
9.7.5 动态控制低应力无变形搅拌摩擦焊技术 399
9.7.6 水下搅拌摩擦焊 400
9.7.7 搅拌摩擦点焊 401
9.7.8 机器人搅拌摩擦焊 403
第五篇 增材制造技术 413
10 增材制造的技术原理与方法 413
10.1 增材制造的基本原理 413
10.2 增材制造的工艺方法 415
10.2.1 光固化法 416
10.2.2 熔积成形法 418
10.2.3 粉末床增材制造技术 420
10.2.4 同步送进材料的金属增材制造技术 427
10.2.5 薄材叠层制作 433
11 增材制造的航空应用 439
11.1 金属增材制造的航空应用 439
11.1.1 金属增材制造的航空应用概况 439
11.1.2 金属增材制造的力学性能 443
11.1.3 金属增材制造民用航空应用的典型案例 446
11.2 增材制造应用于飞机风洞模型制造 460
11.2.1 模型气动外壳的加工技术 463
11.2.2 树脂模型的电沉积强化技术 470
11.2.3 测压管道一体化模型制造技术 475
11.3 复合材料铺放增材制造 478
11.3.1 自动纤维铺丝机的技术特色 482
11.3.2 自动纤维铺丝技术发展方向 484
索引 497