大型铝合金整体壁板压弯成形工艺研究

本文利用ABAQUS有限元分析软件,基于Mises屈服准则和动态显式算法模拟了铝合金整体壁板压弯成形过程,研究了压弯成形过程中铝合金整体壁板的应力应变状态,分析了整体壁板压弯成形中易产生缺陷的部位及原因.为避免缺陷产生,提出了聚氨酯橡胶填块压弯成形工艺方法,并进行了成形实验研究.     

某大型空间航天器带法兰异构壁板精密成形工艺研究

针对某大型空间航天器带法兰异构壁板薄厚不一致、刚度不均匀、在成形过程中容易产生断裂的难题,利用ABAQUS对整体壁板压弯成形过程进行了有限元分析,讨论了直接压弯成形过程中易产生缺陷的部位和原因。结果表明,壁板直接压弯成形加强筋及其交汇处应力集中,应力值最大,为成形过程的薄弱区,容易产生失稳及断裂。针对该情况,提出了柔性补强压弯成形工艺方法,并进行了成形工艺实验验证,实验结果表明,采用该方法成形的壁板蒙皮与加强筋表面质量良好,曲率均匀,无缺陷,满足尺寸精度要求;最后,在有限元模拟及工艺验证实验的基础上,利用柔性补强技术和分段压弯成形技术相结合的方法,解决了带法兰异构壁板传统成形法兰过渡处易断裂的成形难题,实现了该大型空间航天器多种带法兰异构壁板的成形制造。     

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。     

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。     

飞机复杂双曲率整体壁板压弯成形路径设计与优化(英文)

为确定飞机整体壁板压弯成形的压弯路径,在前期研究所提出的有限元等效模型的基础上,提出一套集成了曲面曲率分析、等效模型、人工神经网络响应面和遗传算法的全新的优化方法。首先通过对目标形面的曲率分析确定压弯位置,再优化确定每个位置的下压量。下压量的优化方法是:建立多道次压弯成形有限元模拟等效模型来进行正交试验,并将试验结果作为选择神经网络样本点来构建BP神经网络响应面,随后以神经网络响应面为目标函数,应用遗传算法进行优化。最后以网格式复杂双曲率整体壁板压弯成形为例验证此方法,结果表明此优化方法对于确定压弯路径具有很高的效率和重要的作用。     

激光喷丸成形多尺度有限元模拟技术

激光喷丸技术是一种先进的金属塑性成形和表面强化技术,相比于弹丸喷丸,激光喷丸能量密度更大,因而成形能力更强,可以用于成形刚度更大的钣金件,如飞机整体壁板,在航空航天领域有广泛的应用前景。构建一种多尺度激光喷丸成形模拟方法,包括激光喷丸诱导应力场的计算方法和基于直接应力法的工件成形曲率的预测方法。预测结果通过2024–T351铝合金块状试件和典型截面单筋件激光喷丸试验得到了验证,试验结果与模拟结果吻合较好,表明此模拟方法有效可行。     

某型火箭整体壁板增量压弯成形试验

采用逐点增量弯曲的方法对某型火箭的网格式带筋整体壁板进行了试验研究,获得了正确的工艺路线和工艺参数,满足了壁板的外形检验要求。试验证明,增量压弯成形工艺是成形具有一定曲率外形的复杂结构整体壁板的合理而有效的方法。     

整体壁板时效成形的回弹预测及模面补偿技术

时效成形是一种用于制造飞机整体壁板零件的成形工艺。由于其具有回弹量大的特点,需要开发一种准确预测成形后回弹量的方法,并在此基础上对模具型面进行补偿,以消除回弹对成形精度的影响。本文将有限元法应用于网格式高筋壁板时效成形及回弹的分析,并通过实验验证了有限元预测回弹量的准确性。提出了一种基于有限元回弹预测的适用于铝合金时效成形的模具型面补偿算法,并应用该算法进行了复杂高筋整体壁板局部件时效成形的修模计算分析。通过9次迭代计算,零件成形误差减小到0.4 mm以内,证明了该算法具有收敛速度快、精度高的优点。     

整体壁板激光辅助预应力成形

整体壁板成形是大飞机制造的关键难题之一。本文探索了激光辅助预应力成形方法应用于整体壁板这一类筋条加强结构工件的可行性。该方法的原理是：首先对整体壁板施加弹性载荷,然后用激光束扫描并加热其弹性变形能集中区域,通过降低该区域材料的屈服极限促使弹性变形能转化为塑性功,实现整体壁板的塑性成形。对网格筋条加强结构试件进行了激光辅助预应力成形试验和有限元分析以及时效成形试验,验证了激光辅助预应力成形方法的可行性,并讨论了激光扫描道次与工件成形效率的关系。     

铝锂合金加筋壁板剪切屈曲性能

为研究剪切载荷下2A97铝锂合金加筋壁板的屈曲与后屈曲行为,设计了加筋壁板和夹具,完成了壁板的剪切试验;得到了加筋壁板的失稳载荷、破坏载荷以及破坏模式;采用受剪板屈曲与张力场理论计算了加筋壁板的剪切屈曲失稳载荷;建立有限元数值计算模型对加筋壁板屈曲行为进行计算分析,并将数值结果与试验结果对比。结果表明：加筋壁板的屈曲模式为筋条间蒙皮的局部屈曲;加筋壁板的破坏模式为沿加载对角线方向蒙皮的凸起,破坏原因为蒙皮的塑性变形、撕裂以及筋条的扭转变形;利用张力场理论可以得到较准确的屈曲失稳载荷,与试验误差为6.56%;数值模拟得到的屈曲与破坏模式与试验吻合,失稳载荷和极限载荷与试验结果误差分别为1.22%和11.52%。     

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。     

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。     

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。     

铝合金变径管热态内压液力成形

测试了5A02铝合金管材热态拉伸力学性能.通过有限元模拟和试验,研究了采用热态内高压成形方法成形铝合金变径管时加载路径对成形的影响,并与室温下的成形结果进行了对比.     

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。     

航空发动机薄壁W形封严环动模外压成形

液压成形是复杂薄壁零件制造的一种有效方法。针对某航空发动机的薄壁高温合金W形封严环构件,提出动模外压成形方法,并建立了有限元模型。基于数值模拟和工艺实验,分析了不同成形阶段的变形规律和压缩失稳的控制机理,在此基础上研究了毛坯成形区高度和型腔液压加载路径等关键工艺参数对零件成形结果的影响,探讨了成形过程中环向失稳起皱、型面不对称、材料堆叠等失效形式,提出了优化的参数。结果表明,提出的工艺方法可实现W形封严环的整体精确成形,采用优化的毛坯成形区高度和液压加载路径可获得成形精度较高、表面平滑无褶皱的试件。     

大型整体壁板成形技术

 大型整体壁板是现代先进民用飞机的重要结构件,大型整体壁板成形技术是整机研制过程中所必须要解决的重大关键技术。从大型整体壁板的结构特点出发,介绍了整体壁板的结构形式和分类,重点阐述了整体带筋壁板喷丸成形技术和时效成形技术的国外研究应用进展及发展趋势,分析了国内现有整体壁板成形技术的基础和存在问题,特别介绍了国内在ARJ21新支线飞机研制中所取得的最新进展。最后针对中国大飞机研制的紧迫需求,提出了尽快开展大飞机机翼和机身整体壁板成形技术研究的建议和对策。     

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     

气动条带式喷丸成形技术

提出气动条带式喷丸成形方法成形大型复杂型面机翼壁板,根据壁板外形曲面曲率和厚度分布,采用"整体分条,单条分区"的方法对壁板进行条带式喷丸成形。通过基础试验确定了壁板喷丸工艺参数,利用特征优化映射方法获得了壁板板坯几何模型,采用预应力方法提高了条带喷丸成形变形量。上述技术均在ARJ21大型超临界机翼壁板上获得了工程应用。