复杂凸凹曲率飞机蒙皮充液成形技术研究与应用

随着飞机气动、隐身等性能要求的提高,飞机外形曲率更加异形化,大量应用复杂凸凹曲率蒙皮,传统的拉伸成形方法已经不能完全满足新一代飞机蒙皮加工的要求。基于生产某型号飞机复杂凸凹曲率蒙皮这一背景,介绍了充液成形基本原理及关键技术,利用有限元数值模拟方法,分析板材充液成形过程中液室压力、厚度减薄率、板材失稳及贴胎度的变化规律,优化工艺参数,并且根据数值模拟结果指导工业生产。理论分析和现场实践证明:充液成形技术为复杂凸凹曲率蒙皮零件的制造提供了新的工艺方法,满足新一代飞机的凸凹曲率外形蒙皮的制造要求。     

板材最优路径成形理论与方法

按最优路径成形板材将获得理想的成形效果，这种最优成形路径可通过多点成形技术来实现。本文基于理想路径（最小塑性功路径）成形理论，提出了板材最优路径成形的概念。最优成形路径可由初始构形、目标构形以及一系列中间构形描述出来，根据理想路径成形的变形及本构关系，文中建立了计算初始构形的有限元方法；建立了确定中间构形的泛函，给出了求解中间构形的数值方法。根据给出的方法设计了近似最优路径成形──多道次多点成形实验，实验结果表明，采用近似最优路径成形，球面目标形状的最大变形曲率提高了１１％～４０％；马鞍面目标形状的最大变形曲率提高了１５％－５０％。     

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.     

基于滚弯预变形的新型Al-Li-Cu-Mg合金蠕变时效成形试验研究

开展新型A1-Li-Cu-Mg合金薄壁板蠕变时效成形试验研究.通过对固溶态和T8态板料的蠕变拉伸性能和单曲率弯曲回弹率进行对比,掌握了新型铝锂合金蠕变时效成形特征,发现新型铝锂合金蠕变时效成形能力较差,单纯靠蠕变时效成形,无法成形出最终零件型面.本文提出基于滚弯预变形的蠕变时效复合成形工艺方法,满足了目标零件型面要求,对新一代飞机机身结构件的制造提供理论及数据参考.     

基于钛合金口盖的超塑成形/扩散连接工艺研究

应用于飞行器的口盖具有非常复杂的双曲率外形,口盖外侧为光滑的变曲率的气动表面,内侧为带有"田"字形的空腔结构用以减轻口盖重量。鉴于零件外形及结构的复杂性,采用先扩散连接(DB),然后预弯热成形,最后进行超塑成形(SPF)的组合工艺方式,对TC4钛合金双层板在热成形机床上进行试验。通过试验,确定了TC4钛合金成形口盖的最佳工艺参数,其成形口盖经过机加修剪,边线与模型基本一致。     

激光冲击成形技术研究现状

激光冲击成形是利用激光诱导高幅冲击波的力效应使板材产生塑性变形的快速、高效、精确的成形新技术,具有加工柔性高、精确可控、无小曲率成形的回弹问题、成形后材料性能好和无污染等特点,是一种无模、柔性成形新工艺,它可以充分发挥激光高能量的优点,是激光在板材成形领域的新应用,具有广阔的应用     

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。     

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。     

振动对7055铝合金蠕变时效成形的影响

采用自制单曲率蠕变成形模具和振动试验平台,在淬火态7055铝合金板材蠕变时效成形过程中引入振动作用。研究了成形曲率、温度与振动方式对试样回弹量、力学性能和微观组织的影响。结果表明:在一定时间范围内,振动蠕变成形加速应力松弛,降低回弹量;促进铝合金的强化相析出且分布更加弥散;提高强度。在本文的试验条件下(120℃/24h),引入振动使峰值时效试样的强度提高7%,回弹量降低12.3%。     

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。     

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。     

渐变曲率Inconel718厚板热弯曲成形精度与表面质量控制

以具有渐变曲率Inconel718厚板弯曲件为背景,采用成形实验与数值模拟方法,分析了带压料热弯曲时,凸凹模间隙与摩擦系数对成形件尺寸精度及表面质量的影响规律。结果表明:当凸凹模间隙与摩擦条件不变时,从曲率半径小的一端至大的一端,试件弯曲段尺寸偏差逐渐增大。在实验范围内,凸凹模间隙对尺寸偏差的影响大于摩擦系数的影响。为提高成形精度提出了渐变凸凹模间隙并辅以渐变摩擦系数的方法。根据数值模拟结果可知,采用该方法可显著提高成形精度。通过热弯曲实验验证了该方法的有效性,Inconel718厚板弯曲件尺寸偏差在±0.5mm以内,表面质量良好。     

焊接扁管的焊缝取制

在飞机系统结构中,有各式各样的圆管及扁管组合件,有些扁管零件,由于外形复杂,曲率形状多变,必须采用焊接对缝法制造。这类扁管零件的设计,主要根据工作气流速度大小,管口使用范围以及安装空间位置而进行打样设计的,因此,这类扁管零件,通常按实样制造。 扁管焊缝分离面位置划分的正确与否,对扁管零件成形性关系极大。为了使扁管焊缝位置划分具有良好工艺性,从而改善扁管零件的成形条件,降低工艺成本,其焊缝取制一般原则为: 1.扁管焊缝位置的确定,应有利零件成形。     

单曲率蒙皮零件柔性多点模具拉形过程的数值模拟与优化

柔性多点模具是由一系列高度可调的小冲头根据需要组合形成离散模具型面的模具系统.本文通过有限元数值模拟方法,针对某典型单曲率零件分析了弹性垫层以及回弹对成形过程的影响,并通过调整和优化模具外形包络面,使数值模拟的零件外形与目标零件外形吻合较好,为实际零件的成形和柔性多点模具型面的确定提供了重要的依据.     

S截面框肋类钣金零件回弹量预测与补偿技术研究及应用

根据框肋类钣金零件高效、精确成形的要求,发展了一种S形截面类框肋零件回弹量计算与补偿方法,针对变曲率弯边,通过离散为弯边截面单元,计算每个截面线弯边单元的回弹量和补偿后重构弯边面,对带加强边的内缘弯边,提出考虑修正系数进行补偿的方法,基于现有的CAD平台开发了相应的软件工具;以实际零件为例说明了该方法的应用过程.成形工件测量结果表明,零件弯边角度偏差控制在±1 °之内,实现了在新淬火状态下一步精确成形.     

复合材料圆筒结构脱层损伤识别研究

针对复合材料圆筒结构,讨论了基于模态柔度曲率矩阵的无损检测方法。通过模态分析获得脱层复合材料圆筒的各阶固有频率及节点振型,计算得到轴向和周向柔度曲率矩阵来判断损伤。研究表明:轴向和周向柔度曲率矩阵两种方法均可达到精确识别脱层位置及大小的效果,且越靠近外筒壁,柔度曲率矩阵图突变越大,越易检测。相对而言,轴向柔度曲率Fc在脱层位置突变远大于周向柔度曲率Fd,更易判断损伤。但当损伤发生在沿轴线固定端边界时,轴向柔度曲率Fc本身就有较小突变,应用周向柔度曲率Fd识别防止误判。     

基于柔度曲率矩阵的复合材料脱层损伤识别研究

利用复合材料的模态柔度曲率矩阵探讨了复合材料构件的无损检测方法。通过模态分析获得脱层复合材料梁的各阶固有频率及节点振型,计算得到模态柔度曲率矩阵判断复合材料梁的脱层损伤。基于梁结构损伤检测理论发展了基于柔度曲率矩阵的复合材料板结构脱层损伤识别理论,即纵向柔度曲率矩阵和横向柔度曲率矩阵。算例分析表明:对于单一脱层损伤,纵向和横向柔度曲率突变率分别是3.6310、5.4078倍。对于多处脱层损伤,小损伤处纵向和横向柔度曲率突变率分别是3.5350、5.902 8倍;大损伤处纵向和横向柔度曲率突变率分别是5.680 3、10.010 9倍。突变位置与预设的脱层位置一致。说明纵向和横向柔度曲率均能判断复合材料脱层损伤的位置和大小,且相对来说,纵向柔度曲率损伤识别效果更好于横向柔度曲率。     

玻璃纤维-铝锂合金层板机翼前缘结构的成型工艺研究

以机翼前缘典型件为成型目标,研究了玻璃纤维-铝锂合金超混杂复合层板(NFMLs)大曲率构件的自成形工艺。研究发现,自成形工艺可实现NFMLs机翼前缘等大曲率构件的成型,贴膜度高、厚度均匀性好、无显著分层缺陷、成型过程未形成较大的残余应力,为超混杂复合材料在飞机机翼蒙皮结构中的应用研究提供参考。     

基于离散曲率计算的三角网格模型优化调整

采用面积夹角加权的三角网格模型顶点法矢及三角片质心权值对Taubin的三角网格模型离散曲率计算方法进行了改进,在此基础上提出了一种新的三角网格模型优化调整方法。用该方法调整三角网格模型,在模型上曲率变化较平缓的平坦区域及曲率变化较剧烈的特征区域都能取得较好的调整效果。