窄板拉弯成形的数值分析与回弹计算

在考虑加载历史的情况下,为采用数值方法研究窄板拉弯成形,将变形区划分成若干个单元,按塑性变形体积不变条件,确定单元应变.利用增量理论,由差分方程算出应力分布,并分析了加载历史对其影响.依据卸载变形的分析计算,推导出回弹后中性层弯曲半径及弯曲角变化量的计算公式.计算结果表明,先弯曲再拉伸时应力分布规律更利于减小回弹.     

拉弯模具间隙对复杂截面型材成形精度的影响

采用有限元数值模拟方法对非对称复杂截面铝合金型材拉弯工艺过程进行研究,分析拉弯模具间隙对称和不对称两种情况对型材拉弯后的截面畸变及回弹的影响.结果表明型材拉弯后壁厚出现减薄,其最小厚度受间隙值影响较小,但左右间隙是否对称会影响截面畸变方向,左右间隙不对称时型材拉弯后其截面畸变方向会发生偏转,回弹后的扭转量也会有变化.以减小截面畸变和回弹量从而提高成形精度为目标,通过数值模拟分析对拉弯模具左右间隙值进行了优化,为合理设计拉弯成形模具提供理论依据,对制定生产工艺规范具有重要参考价值.     

闭截面型材的拉弯成形性

拉弯是型材的基本成形方法.截面畸变是型材拉弯成形中的常见缺陷,并对型材的回弹和变薄有交叉影响,型材拉弯成形性的分析评估远比板材成形复杂.提出了型材拉弯成形性的概念,建立了矩形截面型材拉弯成形性分析模型,基于有限元数值模拟研究了截面结构、相对高度和壁厚分布等几何参数对拉弯成形性的影响规律,从提高拉弯成形性出发提出了型材截面优化设计的原则.      

矩形截面型材拉弯成形

针对铝合金矩形中空截面挤压型材进行了不同预拉和补拉的拉弯成形试验研究,获取了预拉和补拉对成形精度的影响规律.截面畸变是影响成形精度最主要的因素,由弯曲过程中的径向压力引起.试验表明,型材靠模弯曲即发生截面畸变,主要表现为上腹板的塌陷,沿型材长度方向截面畸变量不同,最大畸变量并不位于型材中间对称截面处;增大预拉和补拉,截面畸变增大.弯曲卸载回弹是影响零件贴模度的主要因素,其大小受多种因素影响,规律复杂.增大预拉和补拉,回弹减小;当预拉和补拉增大到一定值时,增大拉伸量减小回弹的效果不再明显.     

低密度闭孔金属泡沫压缩屈服行为的数值模拟

对低密度闭孔金属泡沫的变形过程进行数值模拟是研究泡沫材料力学及失效行为的重要手段.基于Kelvin多倍胞体模型和有限元方法数值模拟了低密度闭孔泡沫铝的压缩变形的过程,给出了压缩变形曲线并确定了压缩屈服强度.在计算过程中,考虑了材料非线性和几何非线性效应以及胞体倍数对应力-应变关系的影响,并采用理想弹-塑性和线性强化弹-塑性两种材料本构关系来考察其对于泡沫铝非线性压缩力学行为的影响.结果表明,有限元计算的结果与一些文献的理论工作有较好的一致性,但是比实验值偏大.     

基于M-K模型的TA15钛合金高温成形极限

为了探究TA15钛合金高温环境下的成形极限，明确本构方程中参数对成形极限的影响规律，建立了考虑高温软化效应TA15钛合金高温环境下的本构关系，利用高温成形极限试验平台及M-K失稳理论对TA15钛合金板高温环境下的成形极限分别进行了试验测试及理论预测。理论预测结果表明当温度从800℃提升至880℃时，平面应变状态下的极限主应变由0.18提升至0.33。基于M-K失稳理论和建立的高温本构模型，分析了本构方程中的参数对成形极限的影响规律，结果表明提高加工硬化指数、速率敏感因子及减小软化因子，均可以提升应变强化率的大小，进一步延缓沟槽内应变状态趋于平面应变状态，从而提升理论成形极限曲线在应变空间中的位置。此外，理论计算结果表明速率敏感因子对成形极限曲线的左侧影响程度要大于其对右侧部分的影响，该现象主要归因于速率敏感因子对不同应变大小下的应变强化率的影响不同。      

非对称非均衡层板弯扭耦合效应研究

在对称层板的基础上添加铺层使得整个层板成为非对称或非均衡层板,用数值计算方法对添加铺层后的层板在拉或弯载荷下由于弯扭耦合效应产生的端面变形进行了研究,得到了最有利的添加层铺层位置和添加层铺设角,并用蜂窝夹芯板模拟机翼翼盒进行了实验验证.实验表明,从数值计算所得到的结果与实验结果相比具有良好的一致性.      

铣削过程中残余应力仿真分析

在铣削加工零件时,零件各部分的残余应力分布不均匀,会使工件发生变形,影响工件的形状和尺寸精度.采用有限元分析方法,利用有限元增量理论建立了加工材料的弹塑性本构关系.针对立铣刀的铣削加工,建立了二维金属铣削仿真模型,分析中采用网格自适应准则,通过对典型钢件的加工模拟,得到了加工后已加工表面的残余应力的分布情况和整个加工过程中工件的受力情况,对于工程中的实际应用具有重要的意义.     

Udimet 720 Li 高温变形特性的粘塑性本构建模研究

采用Chaboche统一粘塑性本构方程,对Udimet 720 Li在700℃时的单调拉伸、循环加载及蠕变特性等复杂的高温变形现象进行了建模研究.探讨了Chaboche本构理论对这些变形现象进行建模的形式,并特别针对快速各向同性软化和非对称循环加载时的平均应力松弛现象,对Chaboche本构理论进行了修正和变化.将经过修正的Chaboche本构理论,与Levenberg-Marquadt非线性优化算法相结合,编制了材料参数优化程序,得到了材料参数值.研究表明,经过修正的Chaboche本构模型可较好地建模镍基高温合金Udimet 720 Li在高温下的各种变形行为.      

非线性弹性材料的三阶本构方程

推导了可压和不可压非线性弹性体的本构方程.应力张量,作为以单个应变张量为变量的张量值函数,用含有高阶弹性张量的张量多项式来表示.利用各种对称性来简化这些表达式,最后得到了各向同性情况下的本构方程和应变能函数.得到的表达式是完备和不可约的,满足张量函数的表示定理.     

可重构柔性多点模具蒙皮拉形模面补偿算法

针对单曲形蒙皮零件,建立了有限元数值模拟的离散模型和等效模型,通过对成形计算时间、垫层变形量和成形零件外形的比较,验证了等效模型的高效性和可靠性.为了消除垫层变形和板料回弹对成形精度的影响,采用有限元等效模型技术,基于位移调整法,提出了先进行板料回弹补偿再进行垫层变形补偿的模面补偿算法,并应用该算法分别对单曲形和双曲形蒙皮零件进行了拉形模面补偿分析.在得到的补偿模面上进行了单曲形和双曲形蒙皮零件成形试验,采用非接触光学测量系统进行数字化测量后,发现成形零件外形误差均在允许范围(±0.5 mm)之内,满足精度要求,验证了该模面补偿算法的有效性.      

蒙皮拉形加载轨迹优化

对双曲度飞机蒙皮拉伸成形问题,探讨了加载轨迹对成形质量的影响,提出了采 用最优化理论与算法和有限元数值模拟相结合,确定最优拉形加载轨迹的原理与方法.分析 了单凸双曲度蒙皮拉伸成形常用加载轨迹的成形特点和不足,采用有限元数值模拟和序列二 次规划相结合的方法,通过正交试验设计建立近似响应模型和设计变量的取值范围,以减小 卸载回弹提高贴模度为研究目标、最大主应变为约束条件建立最优化数学模型,确定最合理 的拉形加载轨迹.优化结果表明成形零件贴模度和应变分布与厚度的均匀程度均有明显提高 .      

板料激光弯曲过程的数值模拟

采用MSC.Marc非线性有限元软件,对板料激光弯曲过程进行了数值模拟.试验与数值模拟的相互印证表明:数值模拟的模型正确,计算过程可靠,计算结果可为板料激光弯曲工艺参数的选择提供依据.通过模拟多道次直线照射的过程可知,变形效果受照射路径次序的影响很大,应选择从固定端向自由端方向交替的双向照射路径,以保证板料在宽度方向上变形的均匀.模拟结果可为带筋结构壁板激光弯曲成形提供实用方案.     

考虑壁板单向压紧制孔瞬时回弹的压紧力优化

飞机大部件对接自动化制孔采用蒙皮侧单向压紧制孔技术,而由于在常见的自动化制孔系统中叠层材料被钻透的瞬间产生瞬时回弹,对制孔设备和加工质量等方面造成严重的影响,针对该问题进行机身蒙皮侧制孔压紧力优化分析。通过有限元分析方法进行制孔过程的模拟仿真,根据不同环境下的回弹现象,确定压紧力优化分析方案,综合考虑接触间隙、瞬时回弹和制孔刚性的影响,进行多目标优化分析,从而得到最优的压紧力工艺参数。计算结果表明,在飞机常见框间对接段自动化钻孔中,采用轴向力为150 N的麻花钻时压紧力的最优解为314.54 N,采用轴向力为100 N的自动化一体钻时压紧力的最优解为362.73 N。通过现场试验,压紧力最优解满足生产要求,实际最优压紧力低于最优解不超过20 N,因此考虑不同加工环境等因素构建合理的工艺参数选定范围。      

飞机蒙皮拉伸成形加载轨迹设计及优化

加载轨迹是决定飞机蒙皮拉伸成形质量的关键因素.首先对双曲度单凸蒙皮变形最大截面采用应变控制方法,通过解析分析公式推导设计拉形加载轨迹范围;然后将各加载参数转化为拉形设备中夹钳和工作台运动参数,并作为设计变量;最后采用最优化理论与算法和有限元数值模拟相结合的方法,以减小卸载回弹提高贴模度为研究目标,以单元最大主应变和厚度减薄率为约束条件建立最优化数学模型,采用序列二次规划的优化方法确定最合理的拉形加载轨迹;对优化结果进行实验验证,实验结果和优化结果相吻合.分析表明加载轨迹优化后,成形零件的贴模度、应变分布与厚度的均匀程度均有明显提高.      

可重复使用火箭发动机再生冷却槽失效分析

完成了可重复使用液体火箭发动机推力室再生冷却槽热力循环载荷下的蠕变非弹性热结构分析,对比研究了各向同性硬化和随动硬化定律对冷却槽结构分析的影响,并在多循环结构场基础上分析了冷却槽"狗窝"失效过程.结果表明可以通过选取热传导率差别小的内外壁材料、优化几何结构改善温度场及结构场;各向同性和随动硬化结构曲线变化趋势相似,但塑性应变有较大差别,残余应变相差约0.06%;多循环加载中每个循环的结构曲线形状相似并不断右移,硬化效应明显,低周疲劳损伤和蠕变损伤分别取决于循环载荷下的应变和应力值.