TC4弯曲薄壁件的动力学特性研究

李 同，汤爱君，赵彦华，李路云

（山东建筑大学 机电工程学院，济南 250101）

0 引言

随着航空航天业的不断发展，钛合金（TC4）薄壁零件在航天器如飞机、火箭上的应用越来越广泛，其精度要求也不断提高。薄壁零件因其壁厚薄、刚度差等原因，加工易变形。这其中TC4薄壁零件动力学特性对其精密切削加工起着重要的影响。沈阳理工大学郭琳[1]对SiCp/Al复合材料薄壁板进行了模态分析，研究了薄壁件宽度、厚度和高度对其固有频率的影响。重庆大学樊炎星[2]推导了旋转薄壁件的动力学方程，研究了应力刚化、科氏力等因素对薄壁圆筒固有频率的影响。燕山大学权凌霄[3]对柱塞泵进行了振动谐响应分析，确定了对泵壳结构影响最大的频率，为柱塞泵泵壳结构优化设计提供了新思路。因此，本文就TC4弯曲薄壁件进行模态分析和谐响应分析，确定了弯曲薄壁件的前10阶固有频率，对各阶振型的特点进行分析并对弯曲薄壁件受周期性变化的体载荷时位移随频率的变化进行研究，并对切削参数进行优化选择。最后，探索了辅助支撑对固有频率和振幅的影响。

1 弯曲薄壁件模态分析

模态分析是对结构系统的固有特性进行分析，在结构动态设计中起重要作用，每一种模态具有特定的固有频率和振型[4]。

1.1 模型参数

弯曲薄壁件壁厚4mm，高度80mm，内圆半径60mm，如图1所示。材料类型为钛合金Ti-6Al-4V，其弹性模量E=108GPa，泊松比v=0.342，密度=4440kg/m3。切削刀具采用适用难加工材料的YG8硬质合金刀具，刃数4，直径10mm。

图1 弯曲薄壁件结构图