[發明專利]一種帶筋壁板預應力噴丸成形的數值模擬方法

在審

• 申請號: 202011283631.0
• 申請日: 2020-11-17
• 公開（公告）號: CN112417666A
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 田碩;尚建勤;曾元松;陳福龍;蓋鵬濤
• 申請（專利權）人: 中國航空制造技術研究院
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/15;G06F111/10;G06F119/14
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1.一種帶筋壁板預應力噴丸成形的數值模擬方法，所述帶筋壁板包括筋件和壁板，其特征在于，所述數值模擬方法包括如下步驟：

步驟一：建立帶筋壁板的輸入噴丸工藝參數輸出對應噴丸模擬參數的關聯模型；

步驟二：建立帶筋壁板的多彈丸撞擊模型，使模型表面受到多彈丸的沖擊，并創建噴丸區域沿模型厚度方向的路徑并獲得路徑節點應力；

步驟三：建立帶筋壁板的反彎曲應力場法模擬模型，依據壁板幾何及受力特征將壁板轉換為有限元殼單元，并進行分區處理，將應力場賦予殼單元進行模擬變形計算。

2.根據權利要求1所述的一種帶筋壁板預應力噴丸成形的數值模擬方法，其特征在于，所述關聯模型的建立過程包括：選取不少于一個噴丸工藝參數，通過均勻試驗方法，建立噴丸工藝參數與噴丸模擬參數間的二階響應面模型。

3.根據權利要求2所述的一種帶筋壁板預應力噴丸成形的數值模擬方法，其特征在于，所述噴丸工藝參數包括：噴丸氣壓、進給速度和彈丸流量。

4.根據權利要求2或3所述的一種帶筋壁板預應力噴丸成形的數值模擬方法，其特征在于，所述噴丸應力場的模擬參數包括：彈坑直徑、彈丸速度及覆蓋率。

5.根據權利要求1所述的一種帶筋壁板預應力噴丸成形的數值模擬方法，其特征在于，所述多彈丸撞擊模型的建立方法包括：

通過自定義場分布函數施加線性分布的面力以代表預應力，施加預應力后約束模型兩個側面及底面的所有自由度；

彈丸與模型間的接觸算法為罰函數法，接觸摩擦系數取為0.05，通過預定義場更改多彈丸撞擊的彈丸速度模擬參數；所建模型對應的覆蓋率范圍為0％-80％，利用響應面模型計算出覆蓋率的模擬參數，然后對彈丸撞擊位置及撞擊彈丸數量進行規劃。

6.根據權利要求5所述的一種帶筋壁板預應力噴丸成形的數值模擬方法，其特征在于，所述步驟二還包括：對所有路徑上同一厚度處的路徑節點應力求平均值，即為相應工藝參數下該厚度處的誘導應力值；沿模型厚度方向，各個厚度處及其誘導應力值構成相應工藝參數下的誘導應力場。

7.根據權利要求1或5所述的一種帶筋壁板預應力噴丸成形的數值模擬方法，其特征在于，選用大型有限元軟件Abaqus進行多彈丸撞擊的有限元模擬。

8.根據權利要求1所述的一種帶筋壁板預應力噴丸成形的數值模擬方法，其特征在于，所述反彎曲應力場法模擬模型的建立過程包括：

S1：首先對帶筋壁板的筋件進行彈性預彎，計算出出截面內的預彎應力，固定約束除噴丸面以外的所有表面；

S2：進行單面噴丸，此時帶筋壁板的筋件截面內的應力分布即為預彎狀態下的噴丸誘導應力；

S3：通過多彈丸撞擊模型，獲得與帶筋壁板的筋件噴丸區域具有相同工藝參數的模擬誘導應力以代表筋件實際誘導應力，獲取噴丸塑性層平均厚度，并采用兩種不同彈性模量材料組合梁的中性層位置計算公式計算偏移后的中性層位置：

式中：y_n為中性層位置；E₁和E₂分別為兩種異質材料的彈性模量，分別對應拉伸曲線彈性段和塑形段的斜率；A₁和A₂分別為各材料截面積；和分別為兩種材料截面形心位置；

S4：以上述預應力狀態下噴丸成形之后的筋件的應力狀態為初始應力狀態，即內部應力全部為0，以偏移后的中性層為彎曲軸，對該筋件反向彎曲至平直狀態，計算出考慮中性層移動的截面應力變化值；

S5：將上述誘導應力賦予帶筋壁板的筋壁單元，實現帶筋壁板預應力噴丸成形反彎曲應力場法數值模擬。

9.根據權利要求8所述的一種帶筋壁板預應力噴丸成形的數值模擬方法，其特征在于，反彎曲過程以后，截面上的應力由多彈丸撞擊產生的誘導應力、反彎曲應力及中性層不一致產生的額外應力三部分代數和組成。