大减薄率薄壁半球形封头扩径旋压的失稳研究

法兰起皱、翘曲等失稳缺陷是影响薄壁封头精密旋压制造的重要因素。运用三维有限元软件MSC.MARC模拟大减薄率薄壁半球形封头扩径旋压过程,获得了薄壁半球形封头的壁厚及减薄率对薄壁半球形封头旋压失稳的影响规律。结果表明,壁厚越小、减薄率越大,薄壁半球形封头越容易产生法兰起皱、翘曲等失稳缺陷。提取仿真结果中的周向应力数据,分析了周向应力与法兰失稳之间的关系,得到最大周向压应力为法兰起皱失稳临界应力,并通过旋压实验进行了验证,从而为研究薄壁封头的稳定精密旋压提供理论参考。

球冠形薄壁封头在小减薄率工况下的失稳研究

高性能、高质量、大径厚比、轻量化大型薄壁燃料贮箱封头的整体化成形是目前我国航天制造急需解决的重大问题。通过旋压实验与有限元数字仿真相结合的方法对薄壁封头在小减薄率工况下的等壁厚旋压成形稳定性展开研究,在实验中研究了缩径旋压过程中封头法兰起皱失稳现象,并通过有限元仿真软件Marc分析了法兰起皱的演变过程。通过建立缩径位移等效模型,得出缩径位移量与法兰起皱有直接关系,即缩径量越大,法兰起皱越明显。对比仿真模型和等效模型的最大主应力矢量图,分析得出缩径会导致切向应力变化从而引起法兰起皱失稳,进一步证实了缩径是起皱失稳的主要原因。

薄壁曲面构件旋压成形工艺

由于薄壁大径厚比曲面构件法兰的弱刚性,旋压成形中极易出现法兰起皱失稳缺陷。运用能量守恒原理推导出薄壁曲面构件法兰起皱临界条件,提出了法兰结构强化旋压新工艺。利用MSC. Marc有限元分析软件,建立法兰结构强化旋压成形有限元模型,并通过仿真数据对比分析了有无施加法兰结构强化工艺之间的周向应力及径向应力,验证了法兰起皱临界条件的正确性。研究表明,采用法兰结构强化旋压新工艺,最大周向应力值明显降低,最大径向应力值无明显变化。旋压实验表明,曲面构件法兰强化旋压工艺能有效抑制曲面构件法兰起皱失稳。