[發(fā)明專利]一種帶筋壁板預(yù)應(yīng)力噴丸成形的數(shù)值模擬方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011283631.0
• 申請(qǐng)日: 2020-11-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112417666A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-02-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 田碩;尚建勤;曾元松;陳福龍;蓋鵬濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)航空制造技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20;G06F30/15;G06F111/10;G06F119/14
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明涉及一種帶筋壁板預(yù)應(yīng)力噴丸成形的數(shù)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(shù)輸出對(duì)應(yīng)噴丸模擬參數(shù)的關(guān)聯(lián)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(chuàng)建噴丸區(qū)域沿模型厚度方向的路徑并獲得路徑節(jié)點(diǎn)應(yīng)力；步驟三：建立帶筋壁板的反彎曲應(yīng)力場(chǎng)法模擬模型，依據(jù)壁板幾何及受力特征將壁板轉(zhuǎn)換為有限元?dú)卧⑦M(jìn)行分區(qū)處理，將應(yīng)力場(chǎng)賦予殼單元進(jìn)行模擬變形計(jì)算。本發(fā)明創(chuàng)造性地實(shí)現(xiàn)了基于噴丸誘導(dǎo)應(yīng)力的噴丸成形應(yīng)力場(chǎng)法數(shù)值模擬，大大提高了帶筋壁板預(yù)應(yīng)力噴丸成形效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及噴丸成形技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種帶筋壁板預(yù)應(yīng)力噴丸成形的數(shù)值模擬方法。

背景技術(shù)

噴丸成形是金屬機(jī)翼壁板的主要成形工藝之一，該技術(shù)最早由洛克希德·馬丁公司的工程師杰姆·博格于20世紀(jì)40年代提出，此后多用于航空航天飛行器壁板類工件的制造。目前，自由狀態(tài)噴丸成形技術(shù)已經(jīng)在我國(guó)ARJ21、C919等飛機(jī)壁板類工件的制造中成功獲得應(yīng)用。

現(xiàn)階段噴丸成形工藝參數(shù)的確定主要依靠試驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)，試驗(yàn)量大、周期長(zhǎng)、效率低、成本高；因此噴丸成形數(shù)值模擬應(yīng)運(yùn)而生，噴丸成形數(shù)值模擬主要有溫度場(chǎng)法和應(yīng)力場(chǎng)法等。溫度場(chǎng)法依據(jù)等效變形原則通過(guò)試驗(yàn)建立溫度場(chǎng)與噴丸工藝參數(shù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，若零件截面形狀和受力狀態(tài)改變，需要重新試驗(yàn)、建立新的對(duì)應(yīng)關(guān)系。應(yīng)力場(chǎng)法通過(guò)模擬多彈丸撞擊過(guò)程獲得應(yīng)力場(chǎng)，避免了為建立應(yīng)力場(chǎng)與噴丸工藝參數(shù)間關(guān)系的試驗(yàn)；同時(shí)應(yīng)力場(chǎng)法由于引入了真實(shí)的噴丸應(yīng)力比溫度場(chǎng)更接近實(shí)際噴丸狀態(tài)。在應(yīng)力場(chǎng)法中，建立起準(zhǔn)確的噴丸模擬參數(shù)即噴丸指標(biāo)彈坑直徑、彈丸速度及覆蓋率與試驗(yàn)工藝參數(shù)間的關(guān)系模型至關(guān)重要，并直接影響到后續(xù)模擬的準(zhǔn)確性和精確度。

目前關(guān)于噴丸指標(biāo)與噴丸試驗(yàn)工藝參數(shù)之間關(guān)系的研究主要針對(duì)直徑在1mm以下的噴丸強(qiáng)化小彈丸，不適用噴丸成形中的大尺寸彈丸。預(yù)應(yīng)力噴丸成形數(shù)值模擬的研究對(duì)象主要集中在平板件，針對(duì)帶筋整體壁板預(yù)應(yīng)力噴丸成形數(shù)值模擬的研究還未見(jiàn)報(bào)道。同時(shí)，目前應(yīng)力場(chǎng)法模擬思路及方法無(wú)法將模擬參數(shù)與工藝參數(shù)建立關(guān)聯(lián)，導(dǎo)致該方法只能進(jìn)行定性模擬，還無(wú)法對(duì)帶筋整體壁板預(yù)應(yīng)力噴丸成形進(jìn)行定量模擬，造成在現(xiàn)階段具有復(fù)雜帶筋整體壁板的型號(hào)研制中較難應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

(1)要解決的技術(shù)問(wèn)題

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種帶筋壁板預(yù)應(yīng)力噴丸成形的數(shù)值模擬方法，包括建立噴丸工藝參數(shù)與噴丸模擬參數(shù)的關(guān)聯(lián)模型、多彈丸撞擊模型和反彎曲應(yīng)力場(chǎng)法模擬模型，可以準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)帶筋壁板的預(yù)應(yīng)力噴丸成形數(shù)值模擬。

(2)技術(shù)方案

本發(fā)明的實(shí)施例提出了一種帶筋壁板預(yù)應(yīng)力噴丸成形的數(shù)值模擬方法，所述帶筋壁板包括筋件和壁板，所述數(shù)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(shù)輸出對(duì)應(yīng)噴丸模擬參數(shù)的關(guān)聯(lián)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(chuàng)建噴丸區(qū)域沿模型厚度方向的路徑并獲得路徑節(jié)點(diǎn)應(yīng)力；

步驟三：建立帶筋壁板的反彎曲應(yīng)力場(chǎng)法模擬模型，依據(jù)壁板幾何及受力特征將壁板轉(zhuǎn)換為有限元?dú)卧⑦M(jìn)行分區(qū)處理，將應(yīng)力場(chǎng)賦予殼單元進(jìn)行模擬變形計(jì)算。

進(jìn)一步地，所述關(guān)聯(lián)模型的建立過(guò)程包括：選取不少于一個(gè)噴丸工藝參數(shù)，通過(guò)均勻試驗(yàn)方法，建立噴丸工藝參數(shù)與噴丸模擬參數(shù)間的二階響應(yīng)面模型。

進(jìn)一步地，所述噴丸工藝參數(shù)包括：噴丸氣壓、進(jìn)給速度和彈丸流量。

進(jìn)一步地，所述噴丸應(yīng)力場(chǎng)的模擬參數(shù)包括：彈坑直徑、彈丸速度及覆蓋率。

進(jìn)一步地，所述多彈丸撞擊模型的建立方法包括：

通過(guò)自定義場(chǎng)分布函數(shù)施加線性分布的面力以代表預(yù)應(yīng)力，施加預(yù)應(yīng)力后約束模型兩個(gè)側(cè)面及底面的所有自由度；