一种快速有效的薄壁件加工表面误差预测算法

 在切削力作用下,刀具/工件的变形是影响薄壁弱刚度件加工精度与质量的关键因素,快速有效地进行表面误差的预测是实现工艺参数优化及在线刀具路径补偿的前提。针对立铣加工过程,提出了一种考虑刀具/工件变形位置的快速柔性迭代算法,基于此建立了薄壁件加工变形预测的有限元计算模型,并通过等效集中力作用位置的确定、模型分割及最小化网格重划方法进一步提高了模型的计算速度。通过刀具/工件的瞬时接触区域的限定算法、实际切深的修正算法、材料去除效应的模拟等关键技术更提高了模型的计算精度。以典型航空铝合金材料为对象,合理安排试验,并通过数值计算结果和试验数据的对比,表明该方法计算精度高,计算速度较文献方法提高了近2倍。     

钛合金薄壁筒形壳体加工技术研究

近年来,随着航空武器产品对轻量化及耐高温材料的需求越来越明确,具有重量轻、节约材料、结构紧凑等特点的钛合金薄壁零件在航空行业得到了广泛应用.本文以钛合金薄壁筒形壳体为研究对象,根据零件的结构特征,结合钛合金材料的难加工特性,从加工流程、装夹方式、结构特征等角度研究其对薄壁件加工变形的影响,并依据加工情况给出零件结构优化...     

轻合金复杂薄壁构件流体压力成形技术新进展

随着新一代航空航天飞行器、高铁和新能源汽车向大型化、轻量化、高性能化、长寿命和高可靠性方向发展,对高性能复杂整体薄壁构件的需求更为迫切。这类构件突出的制造难题是材料难变形,形状复杂,性能要求高。这些难题互相耦合,使得此类构件制造难度极大,超出现有技术的成形极限,为传统成形技术带来巨大的挑战。为了解决以上技术难题,介绍了几种近年来发展的面向这类结构的成形新技术,包括异形截面管件低压充液压形技术、深腔曲面薄壁构件可控多向加压流体压力成形技术、难变形材料薄壁构件热介质压力成形技术。     

星载薄壁结构天线结构优化设计与试验验证

薄壁结构具有质量轻、电性能稳定等优点,但同时又由于其结构刚度低、承力能力差、同等力学环境下加速度响应大等缺点,制约着其在星载天线领域的应用。文章针对卫星薄壁结构天线的上述缺点,利用通用有限元分析软件MSC.Patran/Nastran建立力学分析模型,计算得到影响薄壁结构天线基频低、承受应力大的薄弱位置。进行结构优化时,突破传统的等截面加强筋设计方式,在该薄弱位置增加变截面加强筋,提高了结构基频;在加强筋之间设计倒角,降低了结构应力水平。优化后的分析结果表明,天线结构的基频提高了106%,同等力学环境下加速度响应降低了94%,应力水平减少了93%,满足天线设计指标要求。最后,通过试验验证了该优化方法的有效性,对以后薄壁结构天线的设计具有一定的指导意义。     

透镜式薄壁CFRP管空间伸展臂轴压屈曲分析及试验

对透镜式截面四层铺设薄壁碳纤维增强塑料(CFRP)管空间伸展臂进行轴压载荷试验,得到轴压临界屈曲载荷及屈曲特性。利用有限元模型进行线性特征值屈曲分析,并引入屈曲模态形式作为初始几何缺陷进行非线性屈曲分析,得到轴压下屈曲临界载荷及非线性屈曲特性,并与试验结果进行对比分析。结果表明初始几何缺陷对CFRP管轴压临界载荷影响较大,给CFRP管加入适当的几何缺陷可更有效模拟实际非完善体的屈曲载荷。进而对其材料厚度、层数和铺设角度进行参数分析,得到各参数对轴压临界载荷的影响程度及敏感性,本文对透镜式薄壁CFRP管空间伸展臂的设计和深入研究具有重要参考价值。     

数字孪生驱动的薄壁件铣削刀具磨损状态识别方法

薄壁零件由于其本身的弱刚性,铣削过程中极易发生颤振、变形,从而加剧刀具磨损,为提高薄壁零件的铣削加工效率和表面质量,提出了一种数字孪生与支持向量机（SVM）融合驱动的刀具磨损状态识别方法。利用时、频域分析和小波包变换提取特征向量,通过网格搜索与交叉验证（GSCV）的方法进行超参数寻优,结合SVM算法构建薄壁零件铣削刀具磨损状态识别模型。试验结果表明,SVM算法在高维小样本数据的分类识别问题中优势明显,对于不同铣刀磨损状态的识别准确率分别达到96%和90.16%,具有较好的泛化能力。结合机器学习算法构建高保真、轻量化的数字孪生体,并将其嵌入薄壁零件铣削过程监测平台,以解决加工过程中信号实时监测和刀具磨损状态在线识别的问题。     

PVD涂层刀具铣削GH4169高温合金薄壁件性能对比

为解决高温合金薄壁件加工时颤振大和磨损大的问题,研究了不同成分体系涂层对铣削刀具的影响。采用电弧离子镀的方法在硬质合金刀具表面沉积了AlTiN/TiAlN、AlCrN/TiAlN和Ti SiN/TiAlN 3种双层涂层。采用扫描电子显微镜、纳米压痕仪与微米划痕仪表征了3种涂层的表面形貌与力学性能,在高性能铣床进行了涂层刀具的铣削试验,采集了刀具后刀面磨损照片与对应切削力,分析了不同涂层在铣削时的性能表现。研究表明,TiSiN/TiAlN涂层具有最高的硬度与耐磨因子,在铣削24 m后,后刀面磨损最小,但涂层表层易与高温合金发生黏结;AlCrN/Ti AlN涂层硬度与耐磨因子稍低,铣削24 m后,刀具接近失效,但与高温合金黏结并不严重;AlTiN/TiAlN涂层硬度与耐磨因子最小,铣削后磨损最严重,铣削12 m时刀具已经失效,但涂层与高温合金黏结最为轻微。因此,使用硬度与耐磨因子较大的涂层能够有效减小刀具铣削高温合金时的磨损,进而提高刀具寿命。     

可变轴曲面轮廓铣在异型薄壁零件加工中的应用

针对异型薄壁零件这一典型零件,讨论了可变轴曲面轮廓铣在数控程序设计及加工中的应用,研究了可变轴曲面轮廓铣在整个加工编程流程中各主要参数的功能和应用特点.     

铆接加筋壁板结构高精度动力学建模方法研究

铆接加筋壁板结构是一种在飞行器结构中广泛应用的典型轴压承力结构形式,它具有成本低、工艺性好和承载效率高等特点。随着飞行器结构设计从传统的静态设计转变为静-动态耦合设计,建立准确高效的铆接加筋壁板结构的动力学预示模型具有重要意义。目前,此类结构的建模误差主要来源于薄壁梁结构中的倒圆角区域建模以及薄板与薄壁梁结构之间的铆接建模。本文首先针对薄壁梁结构,采用刚度和质量等效原理,建立计算精度和效率兼顾的薄壁梁结构等效动力学建模方法,并采用仿真算例验证建模方法的准确性。其次,通过对比研究建立最优的适用于铆接加筋壁板结构动力学建模的铆接等效建模方法。最后,结合提出的薄壁梁动力学建模方法和铆接等效动力学建模方法,形成高精度的铆接加筋壁板结构动力学建模方法,采用实验研究,验证了本文提出的铆接加筋壁板结构动力学建模方法的正确性和有效性。     

航天高性能薄壁构件的材料-结构一体化设计综述

新一代航天器技术的快速发展对结构件超强承载、极端防热、超高精度和超轻量化提出了越来越苛刻的要求，如何设计并制造出高性能、轻量化、超精密的航天薄壁构件成为先进材料与结构设计制造领域普遍关注的难题。本文综述了近年来薄壁构件高性能设计与制造及其航天应用的主要成果，围绕材料-结构多尺度建模与性能表征、多材料多尺度结构设计与增材制造原理、增材制造材料性能与结构设计的交互作用机制等科学问题，就结构优化中的制造工艺约束建模，增材制造工艺参数对结构性能的影响，高性能构件材料-结构一体化设计方法及其在航天结构中的应用展开论述，并展望了未来典型航天薄壁构件材料-结构一体化设计和制造方法发展前景与应用，为未来相关研究工作和航空航天装备研发提供参考。