引入材料参数的弯管中性层偏移解析模型

中性层偏移是表征管材弯曲内外侧不均匀变形程度的关键参数。基于弯管截面力矩平衡条件,建立了引入材料参数的管材弯曲变形中性层偏移解析模型,针对管材数控绕弯和压弯过程对所建模型从多个方面进行了评估,研究了不同几何和材料等管材本征参数下的管材弯曲中性层偏移规律。结果表明:应用于TA18钛管数控绕弯,发现所建解析模型与已有解析方法预测精度相当,但能考虑材料参数影响,且相较于有限元模拟,本文解析模型更接近实验结果;应用于A6063铝合金管和AZ31镁合金管压弯过程,并与Hasegawa解析方法相较,发现本文解析模型能够准确预测拉压不对称对压弯中性层偏移的影响;弯曲半径减小,弯管直径增大,中性层向弯曲内侧移动;拉压屈服强度比减小,厚向异性指数增大,中性层向弯曲内侧移动。     

基于中性层偏移的Z型材滚弯成形回弹预测

以提高大截面Z型材四轴滚弯成形精度为目的，通过综合考虑材料属性、几何特征和成形半径等因素对回弹的影响，建立了引入中性层偏移的大截面Z型材弯曲回弹解析模型，研究了7075-O和7475-O铝合金Z型材在不同滚弯成形半径下的回弹规律，并进行滚弯成形实验验证。结果表明，与忽略中性层偏移影响的型材回弹预测经验模型相比，基于中性层偏移的回弹预测模型能够准确预测大截面Z型材的回弹量，在相同的曲率半径下，预测回弹变形的最大相对误差从11.681%减小到3.347%。     

轴压载荷下薄壁整体壁板强度设计

在最佳设计面积比的情况下,整体壁板的设计可以得到较高的结构承载能力,但是对于整体壁板,蒙皮与筋条分离面的确定给实际设计工作造成很大障碍。本文针对这一问题开展了相关的研究工作,对蒙皮厚度在2.5mm～3.5mm范围内的“T”形整体壁板,在截面面积相同的条件下给定分离面位置,以最大失稳载荷为设计目标,得到蒙皮与筋条的最佳设计面积比。以此面积比设计的厚蒙皮“T”形整体壁板其承受轴压载荷的能力最强。     

整体壁板数字化展开建模方法

针对整体壁板零件数字化制造过程中对展开模型的需求,提出了一种整体壁板展开建模流程,针对曲面半径在2500mm以上的小曲率整体壁板零件,运用基于单元等变形的复杂曲面展开方法和基于单元变形能的复杂曲面展开方法对曲面展开,并以型号整体壁板零件为例,分别验证了运用两种曲面展开方法展开外形面及所创建板坯模型的效率和准确性.结果表明,基于单元等变形的复杂曲面展开方法适用于曲面半径在2500mm以上的小曲率整体壁板展开计算,展开的外形面及以此为基础建立的板坯模型形状尺寸准确,效率明显提高.     

大型壁板激光喷丸成形技术研究与应用

激光喷丸成形技术利用激光诱导冲击效应在壁板表层引入非均匀分布塑性应变,塑性层厚度是传统机械喷丸的5~10倍,能够有效克服传统壁板成形技术的不足,实现大型高加筋复杂型面带筋壁板的形性一体化成形制造。对激光喷丸成形技术的进展,从激光喷丸成形机理与规律、复杂型面激光喷丸成形几何形状控制、大型带筋壁板激光喷丸成形系统几个方面进行了综述;回顾了激光喷丸成形的发展脉络,介绍了大型壁板激光喷丸成形技术研究与应用现状,并对近几年激光喷丸成形技术的发展与趋势进行了梳理;指出了实现大型整体壁板激光喷丸成形应用的核心是掌握变形机理,解决成形工艺规划问题,并研制适用于大型整体壁板成形的工艺装置。     

铝合金壁板筋条多点对压成形失稳及断裂研究

应用多点模具对压成形铝合金整体壁板是一种新技术,如何预测和避免筋条的失稳和断裂是该技术能否用于实际生产的关键问题之一。针对铝合金壁板筋条的多点弯曲过程,提出了失稳和断裂的判定方法,应用有限元模拟和多点压弯试验进行了对比分析。结果表明,失稳和断裂判定方法能够预测筋条产生失稳和断裂的位置和时刻。基于多点模具形状调整快的特点,采用分道次成形的方式研究了压弯半径对筋条断裂和失稳的影响规律,确定了单筋条多点压弯时的极限曲率半径。模拟了复杂结构整体壁板在变路径加载条件下的失稳和断裂情况,优化了加载路径。     

不同圆角过渡的3A21铝合金矩形管弯曲壁厚变化与损伤研究

为获得不同圆角过渡3A21铝合金薄壁矩形管弯曲的壁厚变化和损伤情况,采用弹性模量变化法,通过对拉伸进行试样反复加载、卸载试验,获取了Lemaitre断裂准则中的损伤参数。基于ABAQUS/Explicit的VUMAT二次开发平台,开发了耦合Lemaitre准则的用户材料子程序,建立了相同弯曲半径条件下不同圆角过渡的矩形管弯曲损伤预测三维有限元模型,并对模型的可靠性进行了验证。基于所建模型,研究发现管材壁厚减薄率与损伤最大值均出现在弯曲后截面50°左右,并且管材截面的圆角半径越小,其弯曲后中性层外侧壁厚减薄越严重,损伤值越大,即管材截面形状越趋向于矩形,弯曲过程中越容易发生破裂。     

歼击机机翼整体壁板的喷丸成形

我国正在生产的一些歼击机及强击机,采用了不少带筋整体壁板和变厚度的整体厚蒙皮。这类整体壁板零件,由于外廓尺寸大,变厚度,内形结构复杂,给成形工作带来了许多困难。当前,工厂采用КГЛ-2蒙皮滚弯机以滚弯方法来加工这类零件,初步解决了试制和小批生产问题。但是,用三支点弯曲原理的滚弯方法来成形单曲率的机、尾翼整体壁板零     

带筋整体壁板预应力喷丸成形数值模拟及变形预测

带筋整体壁板特别是高筋整体壁板具有优异的结构效率、减重效益和密封效果，在航空航天等领域备受青睐。预应力喷丸成形是大中型、长寿命、高性能复杂带筋整体壁板的一种不可多得的有效成形手段。数值模拟是促进带筋整体壁板预应力喷丸成形技术研究、进步与应用的一种极具潜力的途径。针对带筋整体壁板预应力喷丸成形数值模拟，建立了基于响应面函数的多弹丸撞击有限元模型、基于应变中性层内移的反弯曲应力场法模拟模型、预应力喷丸成形RBF神经网络预测模型，实现了喷丸成形应力场法数值模拟、预应力喷丸成形较高精度数值模拟与变形预测，为带筋整体壁板预应力喷丸成形技术研究和实际应用提供了一种更为便捷、高效、经济的途径。     

焊接顺序对TA15钛合金壁板焊接变形的影响

建立了TA15钛合金壁板焊接有限元模型,利用热弹塑性有限元法分析了焊接顺序对壁板变形的影响。通过对比焊缝截面宏观形貌和残余应力,建立了TIG穿透焊焊接工艺的双椭球热源模型,进而模拟了5种焊接顺序下壁板变形情况。结果表明:按从一侧开始的顺序进行焊接时,下壁板中部边缘凸起,最大变形量为3.9mm;采用对称施焊,可有效地控制壁板变形量。     

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.     

几何非线性对整体壁板断裂参数的影响分析

基于有限元法和断裂力学理论,借助有限元软件ABAQUS计算了某整体壁板纵向裂纹的J积分。考虑了几何非线性,并与未考虑几何非线性所得结果进行了对比,对于不同的内压下以及不同蒙皮厚度情况下的结果进行了分析,结果表明几何非线性对机身壁板纵向裂纹裂尖J积分有明显的影响。     

整体壁板三维裂纹应力强度因子计算与分析

近年来,整体壁板成为飞机结构设计上一个新的研究方向。针对典型的飞机整体壁板,应用有限元软件ABAQUS建立了含裂纹整体壁板的参数化模型,对裂纹在凸台和筋条中的扩展轨迹进行三维裂纹扩展模拟。分析了裂纹在扩展过程中,凸台、筋条、蒙皮中裂纹应力强度因子的变化情况以及凸台、筋条的止裂性能。研究结果对整体壁板的损伤容限设计和评定具有一定的指导意义。     

舰载机壁板剪切后屈曲承载能力预测与试验验证

舰载机着舰撞击对机翼盒段产生巨大的扭矩，蒙皮以剪切形式承受扭矩，这是机翼壁板的重要设计工况。为准确预测加筋壁板剪切后屈曲承载能力，采用MSC.NASTRAN软件MRIKS弧长法，将线性屈曲分析的一致模态缺陷位移作为扰动引入后屈曲分析。考虑材料和几何双重非线性，对整体加筋壁板剪切试验件的后屈曲破坏过程进行模拟、对承载能力进行预测。根据剪切试验结果，进行对比分析。结果表明：有限元模拟的加筋板初始屈曲发生在蒙皮上，长桁足够大的相对刚度使得长桁与蒙皮连接线上出现屈曲节点，随着载荷增大，加筋壁板整体"坍塌"，与试验现象一致。有限元分析（FEA）得到的初始屈曲载荷与试验结果的误差为1.25%，预测的极限承载载荷与试验破坏载荷的误差为2.4%。表明引入缺陷后的MSC.NASTRAN弧长法非线性后屈曲计算能够准确预测加筋壁板剪切后屈曲承载能力，为加筋壁板剪切试验和强度设计提供了分析方法。     

共固化成型复合材料加筋壁板的固化变形仿真技术研究

针对共固化成型的复合材料加筋壁板,建立了固化变形模拟计算流程,并开展了T800碳纤维/环氧树脂复合材料工形加筋壁板的固化变形预测,数值预测结果与试验测试结果吻合较好,验证了计算方法的合理性;基于模拟计算,进一步分析了温度工艺参数包括升/降温速率、保温时间等以及结构尺寸参数包括长桁宽度、高度和圆角半径等对加筋壁板固化变形...     

整体加筋壁板的破损安全特性与断裂控制分析

用有限元和断裂力学方法分析大型整体机翼下壁板的破损安全特性。对一个九桁条铝合金整体加筋板,裂纹从断裂筋条下向两侧均匀扩展的开裂形式,进行了应力强度因子和剩余强度计算,并和另一个具有相同构形的铆接加筋板的结果进行对比。当裂纹长度在两倍桁条间距以内时两种加筋板的剩余强度水平相当。但是当整体壁板中的裂纹穿过外侧相邻桁条时,整体桁条的止裂能力逐渐减弱。研究对整体壁板蒙皮胶接止裂条的断裂控制措施及有限元建模分析方法,描述止裂条胶层局部脱粘的处理方法和迭代过程。止裂条材料分别选用了钛合金和单向层压复合材料。计算结果说明胶接止裂措施能显著提高整体加筋板的破损安全性能。     

整体加筋壁板中三维裂纹扩展过程模拟

基于有限元法和线弹性断裂力学理论,使用通用商业软件ABAQUS模拟了三维裂纹在飞机整体加筋板结构中的扩展过程,考察了一种典型的开裂模式,提出了一种对三维裂纹问题边界效应的修正方法,重点分析了裂纹在结构倒角附近区域的扩展规律。     

整体壁板损伤容限特性与修理技术研究

用有限元和断裂力学方法分析大型飞机机身整体壁板的破损安全特性。以一个十四桁条的铝合金整体加筋板为例,计算了裂纹从中部蒙皮向两侧均匀扩展并跨过筋条的应力强度因子,并和相同构型的铆接壁板进行了结构对比。应用ANSYS对整体壁板及损伤后双面修补壁板进行有限元分析。研究不同厚度补片对损伤壁板、修补长桁、内外补片受力的影响。选取典型位置研究局部刚度加大对整体壁板传力特性的影响。     

复合材料加筋壁板长桁蒙皮剥离失效分析

为了研究复合材料加筋壁板在纯弯载荷作用下蒙皮与长桁间的脱胶过程,基于ABAQUS有限元软件中的连续壳单元和Cohesive单元建立了有限元模型。在该模型中,采用Hashin准则预测面内损伤,而对于蒙皮与长桁缘条之间脱胶损伤的起始与扩展,则采用Cohesive单元进行模拟。采用该模型对复合材料加筋壁板蒙皮与长桁在纯弯载荷作用下的破坏过程进行仿真,仿真结果与试验结果相比较表明,本文建立的有限元分析模型能较好地模拟加筋壁板在纯弯载荷作用下蒙皮与长桁间的脱胶过程,并且能较好地预测该结构的剥离强度。