大型机翼整体壁板系统化喷丸成形技术

大型机翼整体壁板是现代大型飞机重要的大型承力整体结构件并且通常直接构成飞机的气动外形。喷丸成形是现代大型轻质高强铝合金整体壁板件成形制造的首选技术方法，但如何实现大型机翼整体壁板的精确喷丸成形一直是现代航空制造技术领域的一个难点问题。针对这一工程问题，本文采用系统化的方法，将影响大型机翼整体壁板喷丸成形精度的因素分解为壁板平面板坯误差、成形参数设计准确度、成形参数控制精度、环境因素。针对这些因素，采用基于变形位能最小的板坯优化设计来减小由板坯导致的成形误差；采用数据拟合、人工神经网络以及解析模型计算相结合的喷丸成形参数综合设计方法来提高喷丸参数设计的精度和效率；建立了板坯修正模型以修正环境温度、喷丸设备参数波动等因素对成形件形状和尺寸的影响；对于从喷丸设备上下线后仍存在的外形贴模误差，则采用手提喷丸机进行局部的渐进式校形喷丸至外形贴模。壁板喷丸成形的工程实践表明，本文所提出的系统化方法能够有效提高大型机翼整体壁板喷丸成形的精度和效率，并可满足工业生产的需求。     

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。     

壁板铆接变形分析及铆接顺序规划研究

壁板是构成飞机气动外形的重要组件,提高其外形装配精度对保证飞机的飞行性能至关重要。传统的研究主要集中在铆钉及孔周围的变形,而对壁板铆接整体变形的研究较少涉及。以壁板自动钻铆为对象,以单钉铆接变形分析为元模型,提出了壁板铆接"局部-整体"变形快速求解方法。钉孔周围采用体单元,壁板其余部分采用壳单元,利用"体-壳"连接建模方法,构建了"局部-整体"映射加载模型,将钉孔周围复杂的应力应变状态传递到壁板整体薄壳模型上,实现了壁板铆接变形的快速计算;以铆接变形最大值最小为目标,采用遗传算法进行铆接顺序优化,实现了对壁板铆接变形的有效控制。     

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.     

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。     

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。     

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。     

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。     

大型飞机整体壁板喷丸成形延展变形分析

针对基于喷丸成形的大型飞机机翼整体壁板延展变形问题,从影响整体壁板喷丸延展变形的因素出发,通过对整体壁板喷丸成形展向应变的理论计算和实测延展数据对比,得出整体壁板喷丸成形加工环节的延展变形规律。     

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.     

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.     

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。     

航空结构件铣削变形及其控制研究进展

随着机床加工性能和刀具切削性能的提升,航空结构件的高效高精加工成为可能.航空结构件薄壁加工特征多,在铣削过程中易发生变形,因此预测与控制航空结构件的加工变形是切削加工领域内亟待解决的难题.通过总结了航空结构件的特点及加工难点,对加工变形形成机理进行深入分析;对加工变形影响最为关键的铣削力模型进行归纳;阐述了航空结构件残...     

飞机橡皮囊成形零件毛坯精确预示方法研究

 橡皮囊成形是飞机钣金零件成形的主要方法之一,其初始毛坯形状的预示是橡皮囊成形中的一个难点问题。针对橡皮囊成形的工艺特点,提出了一种基于一步逆成形有限元法的飞机橡皮囊成形钣金零件毛坯快速精确预示方法。首先将设计好的飞机钣金零件作为最终构形,然后采用一步逆成形有限元法进行初始毛坯的快速反向模拟,最后将通过该方法获得的毛坯外形应用到实际飞机钣金橡皮囊成形中,实验结果表明该方法可以快速精确地预示出飞机橡皮囊成形钣金零件的初始毛坯形状。     

公转速度对冷滚打成形制件回弹影响研究

在冷滚打成形过程中,滚打轮对工件击打和滚压的同时,工件变形区域储存了较大的弹性应变能,导致工件成形结束后会出现回弹,回弹现象对成形工件的廓形精度有着较大的影响。本文主要针对滚打轮公转速度与回弹量之间的关系进行研究。建立了冷滚打成形回弹的有限元仿真模型,通过动态仿真分析获得了不同公转速度时成形齿槽截面在切向、轴向和径向的变形规律;通过静态分析获得了成形齿槽截面各部分在不同公转速度下切向、轴向和径向的回弹规律。结果表明,相同工艺条件下冷滚打实验得到的工件廓形与仿真结果吻合,验证了仿真结果的正确性,通过合理选择工艺参数可以有效控制回弹,提高制件成形精度。     

飞机复杂蒙皮拉形过程有限元分析中的接触搜索算法

针对飞机复杂蒙皮拉伸成形特点,引入了适合于蒙皮模具的四节点四边形等参单元描述方式,建立了基于非精确交点的线面精确求交算法,采用基于最大梯度法的搜索算法,开发了复杂蒙皮拉形数值模拟系统STRETCHFORM。利用商业软件MARC和PAM STAMP进行了S形蒙皮拉形的模拟计算对比,证明了接触搜索算法的合理性。与全局搜索算法相比,本文算法使搜索效率得到显著提高。     

复杂薄壁构件自适应加工工艺几何模型重构

随着制造理念和制造水平的不断提高,大量复合制造工艺背景下的近净成形叶片被应用到现役或在研的航空发动机中。该类叶片是典型的复杂薄壁结构零件,无精确定位基准,且成形一致性差。采用传统叶身定位,加工后的前/后缘、榫齿形状和位置精度均难以保证,从而导致产品一致性差,易超差与合格率低。针对以上问题,提出一种面向自适应加工的复杂薄壁结构零件工艺几何模型重构方法。首先,建立复杂曲面的采样点分布模型,快速获取叶片精确成型区域的位置和形状;其次,提出基于特征曲线相似变形的模型重构算法,精确重构前/后缘非精确成型区域的工艺几何模型;最后,通过精锻叶片自适应加工试验进行验证。试验结果表明：该方法可有效满足以精锻叶片为代表的复杂薄壁构件自适应加工要求。     

橡皮囊液压成形回弹补偿技术比较分析

橡皮囊液压成形工艺是航空钣金成形的主要方法之一,而回弹是影响其产品制造精度的主要缺陷。为提高航空钣金零件制造精准化制造水平,国内开展了大量的研究和实践,但各种方法的工程化应用程度并不理想。针对基于数值模拟的回弹预测方法和基于零件几何特征的快速回弹补偿方法进行综述,对比分析了两种方法的优缺点,并结合航空企业工程化应用实际需求提出将两种方法相结合的解决方案。