铝合金厚板时效成形回弹补偿算法

 时效成形是一种适用于飞机整体壁板零件制造的成形工艺,具有回弹量大的特点,因此需要在准确预测回弹量的基础上对模具型面进行修正,以消除回弹对成形精度的影响。本文提出了一种基于有限元计算驱动的适用于铝合金时效成形的模具型面迭代修正算法,并应用该算法进行了单曲率的圆柱面零件、双曲率的球面零件及马鞍形零件的修模计算分析。通过4次迭代计算,使圆柱面和球面零件成形误差减小到0.4 mm以内;通过5次迭代,使马鞍形零件除4个角部外,其余部位型面误差小于0.5 mm。证明了该回弹补偿算法具有计算精度高、收敛速度快的优点。     

型材下陷成形回弹补偿算法

下陷成形是一种适用于飞机长桁零件制造的成形工艺,成形后零件发生回弹,并且腹板上方缘条回弹量较大。因此,要在准确预测回弹量的基础上对模具型面进行修正,消除回弹对成形精度的影响。本文针对型材下陷成形提出了一种基于有限元计算的平整性修模与下陷深度修模结合的模具型面迭代修正算法,并应用该算法对角型材、角形带弯钩型材及Z字型材三种型材的下陷零件进行了修模计算分析。从对计算结果的分析中,证明了该回弹补偿方法具有计算精度高、收敛速度快的优点。     

应力松弛成形模具型面构造技术

现代飞机的外形复杂,曲率半径变化不一,使得应力松弛成形模具型面构造复杂,而应力松弛引起的塑性变形现象的存在更是加大了模具型面构造技术的难度,为了使成形回弹后的整体壁板符合设计要求,需要对回弹进行有效的补偿,通常是将回弹量预先补偿到模具上,再次成形来判断模具型面的构造是否合理。本文介绍几种应力松弛成形模具型面构造方法,并分析各自的特点。     

大型构件蠕变时效成形技术研究

蠕变时效成形技术是为实现大型整体壁板构件高性能与精确成形协同制造而发展起来的一种新型钣金成形方法.分析了大型整体壁板构件的特点和蠕变时效成形技术的原理,从蠕变时效材料本构建模、模具型面回弹补偿和模具设计3个关键方面重点阐述了蠕变时效成形技术的研究进展,并且从材料本构向构件本构发展、蠕变成形向塑变与蠕变复合成形发展和简单热力能场向多级复合能场时效成形发展3个研究热点阐述了该技术进一步发展面临的挑战.     

蠕变时效成形回弹预测及工装型面优化

蠕变时效成形是一种将蠕变成形与时效强化同步进行的成形工艺.由于卸载后工件的回弹量较大,因此回弹的预测和成形工装型面的优化很重要.以LY12的蠕变时效成形为研究对象,对经典蠕变本构方程进行了修正并将其开发为ABAQUS/CREEP子程序.对板材的蠕变时效成形特点进行了模拟研究,建立了LY12的回弹预测函数.试验结果表明:其预测准确性较高.将变偏差调节算法与ABAQUS/CREEP相结合用于某蒙皮的成形工装型面的优化,通过7次迭代,型面精度达到97.9％,结果表明该组合算法优化速度快、精度高.     

贮箱顶盖应力松弛时效成形过程建模仿真与试验

基于2219铝合金的应力松弛时效宏微观统一本构方程,对其进行用户子程序二次开发,并编译到非线性有限元分析软件MSC. Marc,建立了2219铝合金贮箱顶盖应力松弛时效成形过程的仿真模型,分析了顶盖应力松弛时效成形过程的应力应变和力学性能演变规律;开展了基于回弹补偿分析的模具型面优化设计,确定了满足成形目标要求的模具型面,进行了2219铝合金贮箱顶盖应力松弛时效成形试验,并与仿真结果进行对比分析。结果表明:顶盖应力松弛时效成形试验结果与有限元仿真结果吻合较好,两者成形型面半径相对偏差0.22%,屈服强度相对偏差为3.13%;顶盖成形试验后的型面与目标型面半径的相对偏差为0.52%,力学性能满足目标设计要求。综上所述,所建立的有限元模型能够准确预测顶盖的应力松弛时效成形过程形性演变规律,可以用来指导2219铝合金贮箱顶盖应力松弛时效成形制造。     

大型机翼整体壁板时效成形技术

 分析了单级时效、双/多级时效、振动时效以及应力位向效应等工艺措施和因素对铝合金机翼整体壁板材料时效成形特性的影响,得到以下结论：应采用双/多级时效处理,以提高成形后壁板材料的综合性能;应采用振动时效应力松弛,以加速应力松弛,降低回弹,并提高成形后壁板材料的抗疲劳性能;对时效过程中存在应力位向效应的铝合金,应设计合适的时间温度曲线与加载曲线,以避免壁板材料因应力位向效应产生各向异性,导致材料屈服强度降低。提出了大型机翼整体壁板时效成形的工艺流程,给出了成形过程中热压罐内的温度时间曲线和气压时间曲线;提出了成形工装的模块化、标准化与柔性化设计以及解决壁板时效成形回弹问题的有限元方法,并对中国研究发展大型机翼整体壁板时效成形技术提出了建议。     

整体壁板压弯成形的形状控制

针对整体壁板压弯成形过程中由于回弹导致的压弯成形精度低和不可控问题，提出整体壁板压弯成形形状控制方法。以铝合金（7050-T7451）机翼整体壁板为研究对象，设计了整体壁板缩比试件模型，基于弹塑性变形理论和几何分析建立了压弯成形局部变形下压量解析预测模型，基于有限元法建立了压弯成形整体变形有限元仿真预测模型，并将模拟结果与实验结果进行了对比；在压弯成形局部-整体变形预测模型的基础上，综合考虑局部-整体变形精度，利用迭代补偿机制与逐步逼近思想，构建了压弯成形轮廓曲线迭代模型。通过与传统的试错法进行对比，研究结果表明所提方法能够以更高的精度、更快的收敛速度有效控制压弯件的成形形状。     

液压橡皮成形弯边零件有限元模拟及回弹补偿应用研究

液压橡皮成形是飞机制造业中的一种非常重要的方法。回弹是液压橡皮成形中常见的缺陷。本文以典型飞机橡皮成形件为例,利用橡皮成形快速工艺分析系统和PAM-STAMP模拟零件的成形和回弹过程,并拟合补偿回弹角的模具型面,获得合格的零件。     

典型复合材料结构固化变形仿真预测与控制验证

针对典型复合材料结构固化成型过程中变形难以控制的问题,本文对典型复合材料结构的固化变形进行仿真预测,从固化工艺和模具补偿两方面对固化变形加以控制和验证。固化工艺方面以各设计点变形数据为基础确定了最优固化工艺曲线,模具补偿方面提出了一种构件有限元模型自适应调整的方法,综合考虑固化工艺参数与模具型面补偿采用了一种基于全局补偿量的协同控制方法。结果表明,通过仿真模拟L形构件的固化变形误差为12.4%,借助响应面优化算法得到的L形构件最优固化工艺曲线其固化变形预测值与各试验设计点最大变形的最小值偏差不超过3.3%;T形加筋壁板有限元模型经自适应调整后,对于下表面与目标型面之间的偏差距离,数值模拟值与试验测量值的最大相对误差为17.20%。通过全局补偿量的协同控制方法对半筒形壁板的模具进行补偿,其固化变形最大值相比于传统单一模具型面补偿控制方法降低了接近90%。     

凸弯边零件液压橡皮成形回弹数值模拟分析

液压橡皮成形是飞机制造业中的一种非常重要的方法。回弹是液压橡皮成形中常见的缺陷,并直接影响产品质量。为此探讨了回弹产生的力学机理,并利用专业金属板料成形软件PAM-STAMP2G模拟凸弯边零件橡皮成形的成形和回弹过程。仿真结果表明：应力的分布不均匀导致了回弹角度分布不均匀,下层纤维沿弯曲方向的压应力的较大值和下层纤维沿弯曲方向的压应力较小值对应于回弹角度的较大值和较小值。     

FEM Analysis of Spring-backs in Age Forming of Aluminum Alloy Plates

The age forming technology, characterized by huge spring-backs, has been developed to manufacture large integral wing-skin panel parts, which necessitates devising a method of predicting spring-backs. A 7B04-T7451 aluminum alloy creep test in tension is accomplished at 155 ℃, and the creep curves are obtained. The material constants of the mechanism-based creep constitutive equations are determined through experiments. The age forming process and the spring-backs of 7B04 aluminum alloy plates are analyzed using the commercial finite element software ABAQUS. The effects of plate thickness and forming time on spring-backs are researched. The spring-backs decrease with the increase of plate thickness and forming time. The test results verify the reliability of the finite element method （FEM） analysis.     

Non-isothermal creep age forming of Al-Cu-Li alloy: Experiment and modelling

Non-isothermal Creep Age Forming (CAF), including loading, heating, holding, cooling and springback stages, is an advanced forming technique for manufacturing high performance large integral panels at short production period and low cost. However, the creep deformation and aging precipitation during heating stage is often neglected in experiments and modeling, leading to low forming precision. To achieve shape forming and property tailoring simultaneously, a deep understanding of the non-isothermal creep aging behavior and the establishment of predictive models are urgently required. A new five-stage creep feature of Al-Cu-Li alloy during the non-isothermal creep aging is observed. The microstructural interactions between the dislocations, solute atoms, Guinier Preston zones (GP zones) and T₁ precipitates are found to dominate the five-stage creep aging behavior. The physical-based model considering temperature evolution history is established to describe the five-stage creep feature. The springback and yield strength of non-isothermal creep age formed plates with different thicknesses are predicted and compared by non-isothermal CAF experiments and corresponding simulations. The CAF experiments show that the springback and yield strength of the non-isothermal creep age formed plate are 62.1% and 506 MPa, respectively. Simulation results are in good agreement with experimental results. The proposed model broadens the application of traditional CAF models that mainly focus on isothermal conditions.     

22MnB5超高强钢板热成形中的回弹机理分析

回弹是影响热冲压件形状精度的主要因素,为研究影响22MnB5超高强钢板热冲压成形中回弹的因素,在不同温度下对22MnB5高强钢板进行拉伸试验,考察了变形温度和应变速率对弹性应变和蠕变应变的影响,获得其热力学性能。通过等温度和非等试验考察了变形温度、热成形终了温度和压边对热成形后回弹的影响。采用有限元法对槽形件非等温热成形过程进行了数值模拟。从试验结果和模拟结果可知,热效应是引起回弹的主要因素,蠕变应变减少了热成形后的回弹量。蠕变应变和热效应是影响热成形中回弹的主要因素。     

Design and Optimization of Press Bend Forming Path for Producing Aircraft Integral Panels with Compound Curvatures

In order to find out the optimal press bend forming path in fabricating aircraft integral panels, this article proposes a new method on the basis of the authors' previous work. It is composed of the finite element method (FEM) equivalent model, the surface curvature analysis, the artificial neural network response surface and the genetic algorithm. The method begins with analyzing the objective's shape curvature to determine the bending position. Then it optimizes the punch travel at each bending position by the following steps: (1) Establish a multi-step press bend forming FEM equivalent model, with which the FEM experiments designed with the Taguchi method are performed. (2) Construct a back-propagation (BP) neural network response surface with the data from the FEM experiments. (3) Use the genetic algorithm to optimize the neural network response surface as the objective function. Finally, this method is verified by press bending a complicated double-curvature grid-type stiffened panel and bears out its effectiveness and intrinsic worth in designing the press bend forming path.     

LY12蠕变时效成形机制及回弹规律研究

研究了LY12的蠕变时效成形过程中第二相的析出演变特征,从微观角度分析了蠕变时效成形的强化机制。修正蠕变本构方程并开发为ABAQUS/CREEP,模拟研究了时效时间、时效温度和预弯半径对回弹规律的影响,建立了回弹函数。验证结果表明,回弹函数的计算准确率较高。     

滚弯成形解析建模与数值分析

建立了考虑材料塑性强化的滚弯成形力学分析解析模型,推导出了应力应变、残余应力以及回弹半径计算公式.基于非线性有限元软件,对滚弯成形进行了动态模拟,对应力应变状态、塑性应变分布、残余应力以及回弹等进行了分析计算,结果表明:板料滚弯成形初始效应明显,下压点附近曲率不均匀;采用足够的滚弯时间后,中间段的曲率均匀度很好;成形半径与上辊下压量呈近似幂函数关系;多道次滚弯可以减小两端的曲率波动和最大应力应变.最后通过与滚弯成形试验数据的对比,分析和验证了解析模型与数值模型的适用性和精度.