飞机薄壁件批量铆接过程的模拟方法研究

机身壁板和机翼壁板是飞机装配过程中典型薄壁件,具有壁薄、弱刚性、曲率变化大等特点,在部装和总装阶段暴露出不同程度的铆接变形问题,且目前无法准确预测或消除.本文从铆接工艺和有限元模型两个方面,建立了面向飞机薄壁件批量铆接过程的有限元仿真简化模型,提出了基于接力计算原理,以MATLAB为二次开发平台,大型有限元软件包ABAQUS为核心求解器的批量铆接过程模拟方法,实现对铆接过程变形情况的分析与预测.通过试验验证该方法的有效性和可行性,为飞机薄壁件铆接变形的控制提供有效的理论支撑.     

飞机薄壁件铆接过程变形分析与数值模拟

铆接是飞机薄壁件装配中应用最广泛的连接方式,有效分析和预测铆接变形对提高飞机铆接结构的性能、疲劳和损伤至关重要。针对铆接变形进行理论分析和数值模拟,并研究了被连接件接合面的应力应变分布。首先建立有限元模型,根据铆接力与镦头尺寸之间的关系验证模型有效性;其次根据铆钉变形特点和材料塑性流动,将铆接过程变形划分为6个阶段;最后分析了不同铆接力作用下钉孔的扩张变形,以及对被连接件接合面应力应变场分布的影响。结果表明,随着铆接力的增大,钉孔变形量增大,且变形量沿被连接件厚度方向极不均匀;同时接合面处于压缩应力状态的范围扩大,铆接结构的抗疲劳性能提高,但铆接力的影响范围有限。     

航空薄壁回转体零件热处理残余应力的建模与仿真

航空薄壁回转体零件由于自身结构的特殊性,使得残余应力对其变形和精度稳定性有着很大的影响.采用热弹塑性有限元模型对薄壁回转体铝合金零件的热处理过程进行建模和仿真,运用有限元软件,对2A12铝合金薄壁回转体零件热处理过程瞬态温度场和应力场进行模拟,分析了热处理各个阶段的应力分布形态,并进行实验验证,数值模拟得到的残余应力值与实验结果基本一致.     

基于损伤力学的飞机铆接结构疲劳损伤分析

将损伤力学-有限元方法应用于飞机襟翼蒙皮铆接结构的改进设计中,得到了结构改进前后的疲劳损伤演化过程和疲劳寿命,并通过分析损伤场的演化来研究铆接细节的改进对于铆接结构疲劳性能的影响;对改进前后的铆接试验件进行疲劳试验,并与损伤力学方法分析结果进行比较,验证了方法的正确性。     

面向制造的飞机钣金零件多态模型

 针对飞机钣金零件数字化制造过程中零件信息定义问题,对多态模型作进一步研究,建立了基于状态、特征、要素和数据4个层次的模型结构,分析了模型的内容和组元关系,结合实例给出了模型各个状态的定义顺序,说明了模型的实际应用。工艺设计、工艺装备设计等应用系统可以直接引用模型的状态信息,实现飞机钣金制造过程的数字量传递和智能化决策。     

飞机钣金零件弯边自动展开系统

由于飞机钣金件的复杂性,普通钣金展开软件不适合该类弯边零件的展开.本文分析了飞机钣金零件独有的特征,研究开发了基于CATIA环境下的飞机钣金零件的弯边自动展开系统,提出了一套特有的法向截面展开方法和下陷处理方法,并以实例说明零件的展开过程.     

飞机钣金零件展开计算方法的研究和应用现状

分析了飞机钣金零件展开的复杂性,按照飞机钣金零件的结构和成形分类,对钣金零件展开计算方法进行了综述和归类,在此基础上提出了典型飞机钣金零件数字化展开计算方法的解决思路。     

基于路径相关本构模型的大型薄壁曲面复合材料零件固化变形分析

大型薄壁曲面复合材料零件多采用热压罐工艺成型,在固化过程以及脱模过程会产生变形,导致零件变形超差,部件装配困难。针对此问题,本文首先采用路径相关本构模型对其固化成型过程进行分析,然后进行热压罐成型试验验证理论分析结果,就此采用反向补偿法修正模具型面。仿真结果表明,某大型薄壁曲面复合材料零件成型后最大位移为11.121 mm,最小位移为0.171 mm,分别发生在对称轴方向短边的边角点和靠近对称轴方向短边的边角点;零件在变形较大的两侧边和短边处残余应力较大,与变形较小的长边相差7 MPa左右。仿真结果与试验结果吻合良好,固化变形平均误差为8.6%。使用补偿后的模具再次进行固化变形仿真,使该零件的最大固化变形降低了70.8%。     

残余应力重分布引起的薄壁零件加工变形研究

现代航空工业中为减轻飞机重量,提高飞机的各项机械性能,整体构件越来越多地被使用。加工大型整体薄壁构件时,有90％以上的材料被切削加工去除,由于材料去除后零件刚度的降低以及应力的释放,造成过大的加工变形。本文用MSC．Marc有限元软件仿真了铝合金预拉伸板材料去除对于加工变形的影响,并分析了加工变形的成因。为验证有限元结果的正确性,在高速数控铣床上加工了同样的试件。结果表明仿真结果与实验结果一致,残余应力的释放与重分布是薄壁零件加工变形的主要原因。     

超薄零件车削加工变形研究

超薄零件车削加工后存在较大的变形,严重制约了该类关键器件的广泛应用。为实现超薄零件加工变形的预测与分析,基于力学分析,建立了加工仿真系统并进行超薄零件精加工过程模拟研究。实际加工验证了所建立模型的准确性,同时基于该系统对超薄零件加工后变形进行分析,其结果对改进加工工艺和减小工件变形具有指导意义。     

模块化柔性钣金零件切割夹具设计

通过对模块化柔性工装现状和钣金零件的工艺分析,结合钣金零件曲面复杂、易变形等特点,提出了一种用于钣金零件切割用的柔性夹具。利用一种具有定位功能随动负压吸盘的点阵分布,对钣金零件在标准夹具上进行6点定位和超6点定位。同时对柔性标准夹具进行模块化组合,满足不同尺寸钣金零件的装夹要求,解决了飞机和汽车生产中钣金零件制造的瓶颈。     

Study on Application of MES in Aircraft Sheet Metal Parts Workshop

在我国航空制造业现代化发展进程中,制造执行系统(MES)在以高端数控加工中心为主体的机械制造车间取得了显著的应用效果,但是在以薄壁成形为主营业务的钣金车间却鲜有涉足,本文论述了飞机钣金车间的业务特点以及其特有的管理模式,分析了飞机钣金车间生产管理的发展现状以及目前存在的问题,并在此基础上构建了钣金车间生产管理过程模型,阐述了钣金车间MES系统软件总体应用架构,对L7飞机典型部件在MES中的应用效果也进行了说明.     

壁板自动钻铆行为及变形分析技术综述

国外航空企业已经大量配备了自动钻铆系统,并广泛应用于飞机装配过程中。国内部分企业虽已经购买了自动钻铆设备,但是在应用过程中正在探索自动钻铆工艺参数优化、铆接过程微小变形控制等问题。本文从自动钻铆的工艺流程出发,分别从理论分析、有限元分析和试验分析3个角度,总结了自动钻铆过程中铆钉和薄壁件的应力应变分析方法,并对各种方法的优劣性进行了分析,最后以复合材料结构件铆接为背景,提出针对复合材料干涉铆接需要解决的关键问题。     

大型复杂锯齿形化铣蒙皮成形工艺分析与优化

针对形面复杂、成形工艺流程长、加工难度大的复杂化铣类锯齿蒙皮零件,以飞机外蒙皮为例,对零件的形面特点及加工工艺难点进行分析。采用技术方案理论分析及 ABAQUS 有限元仿真模拟成形过程技术,对复杂锯齿蒙皮采用蒙皮拉伸成形加工过程中遇到的难点及蒙皮拉伸成形中锯齿蒙皮零件内部结构的应力、应变分布、整体变形、减薄,以及充分回弹后与工装的贴合情况进行了分析。通过有限元模拟仿真技术对蒙皮拉伸成形结果的预测,进而优化相应的工装设计结构和蒙皮拉伸成形设备的加工参数,来减少传统钣金加工零件成形过程中的试错过程,进而提高锯齿蒙皮零件的成形质量、节约工装制造费用、缩短零件制造周期。     

大型薄壁零件防变形加工工艺

我集团公司与欧洲直升机公司合作生产飞机的零部件,这其中大部分是薄壁零部件.加工薄壁零件的主要问题是加工中出现材料变形的现象,如果被加工的薄壁材料产生了塑性变形,将无法对材料进行进一步的加工.为了生产出合格的飞机铝合金薄壁零部件,特别是大型薄壁零部件,我公司进行了加工工艺防变形的深入研究,研究出了切实可行的防变形加工工艺,并已成功加工出了优质的大型飞机薄壁零部件.本文将对大型飞机薄壁件的防变形工艺予以详细论述.     

航空发动机TC4机匣加工变形控制研究

航空发动机机匣零件的设计采用整体化、轻量化设计思想,使得结构复杂、规格尺寸大、薄壁特征多,而设计精度要求却在逐渐提高,机匣件加工后产生的变形问题尤显突出。探讨了薄壁结构机匣零件加工变形产生机理,提出分区去除余量控制加工变形的方法。使用Prism电子斑纹干涉钻孔残余应力仪测量了钛合金TC4机匣毛坯表层深度残余应力,通过有限元仿真结果预测出机匣毛坯内部残余应力分布规律。建立了机匣切削加工的有限元仿真模型并进行数值仿真,对两种工艺路线下的变形进行对比分析。最后,通过机匣的切削加工试验验证了仿真结果的正确性。     

铆接薄壁梁疲劳寿命计算与试验分析

用液压伺服疲劳试验机,对铆接薄壁纯弯梁进行了疲劳寿命试验,给出了试验结果。用应力严重系数法,计算了铆接薄壁梁的疲劳寿命。疲劳寿命计算结果与试验结果相差较大。分析认为,给出的钉孔填充系数偏高,不适于用来计算铆接薄壁结构的疲劳寿命。经过分析和研究,给出了适于计算铆接薄壁结构疲劳寿命的较合理的钉孔填充系数。还探讨了各种改进 Ｎｅｕｂｅｒ 法对计算铆接薄壁结构疲劳寿命的适用性。     

飞机钣金组件数字化装配误差分析

以飞机数字化制造装配为依托,通过对飞机钣金组件在模拟量协调路线和数字量协调路线下产生误差环节的比较,着重分析了飞机钣金组件在数字化装配过程中产生的系统误差和随机误差的因素和造成误差累积的原因。针对减小在钣金零件制造路线、钣金组件装配路线、温度场变化、振动场变化、应力变化等环节的累积误差提出了改进措施。     

结合损伤力学与有限元方法预估铆接结构疲劳寿命

利用飞机铆接试验件疲劳试验数据,结合损伤力学与有限元方法,通过MATLAB调用ABAQUS进行损伤演化方程参数的遗传优化反演。将反演得到的损伤演化方程用于飞机结构疲劳寿命预估中,对机翼蒙皮锪窝形式的铆接结构进行了寿命计算和分析,并与试验数据作对比,证明了方法的可行性。     

航空钛合金件的激光修复技术

由于钛合金具有比强度高,耐腐蚀等优异性能,因此在航空领域的应用越来越广泛.我国从20世纪60年代开始生产钛合金板材,早期通常用钛合金板材冲压加工成薄壁型零件应用于飞机结构,并沿用铝合金结构的主要连接方法--铆接,制成飞机结构中温度相对较高部位如蒙皮、隔框等构件.