5083铝合金GTN损伤参数求解与成形极限预测

GTN(Gurson-Tvergaard-Needleman)损伤模型被广泛用于预测金属的韧性断裂,但损伤参数多且求解困难,限制了其实际应用。以5083铝合金为研究对象,通过扫描电镜观察不同变形阶段拉伸试样的孔洞体积占比确定GTN损伤参数的取值范围;借助中心复合实验设计方法构造拉伸曲线关键变量与GTN损伤参数的响应曲面模型,应用NSGA-II遗传算法优化铝合金板料的损伤参数;将优化后的GTN损伤参数应用于有限元分析中,利用数值模拟方法预测5083铝合金的成形极限图(FLD),并通过Nakazima试验测得铝合金板料的FLD,与数值模拟结果进行对比分析。研究结果表明:GTN损伤模型预测的FLD与实验结果的相对误差在10%以内,且拉压变形区域的预测精度高于双拉变形区域的预测精度。

多点技术在飞机板类部件制造中的应用

多点技术是一种机电一体化的柔性制造技术,其核心是高度由计算机控制的基本体单元。多个基本体单元紧密排列在一起,构成型面可变的多点模具,用于板类零件成形。由于多点模具型面可由计算机任意调整,可代替传统模具用于不同形状的飞机板类部件的对压成形、蒙皮拉形等。基本体单元按照一定距离排列在一起,构成多点柔性工装,不仅可用于飞机大型板类零件成形后的测量、切割等操作的支撑与定位,还可用于飞机部件的柔性装配过程。应用多点技术,可以实现飞机板类部件生产过程的数字化。

大型3维板类件多点闭环成形的研究

以多点成形技术为核心 ,以 CAD/ CAM/ CAT为基础 ,提出 3维板类件的多点闭环成形。在多点成形过程中 ,3维曲面形状的离散傅里叶变换描述能够反映成形件的整体变形特性。以此为基础 ,给出多点成形过程的传递函数 ,并通过非参数化系统辨识方法获得每次循环中成形过程的非参数模型 ,从而预测出下次成形的基本体群形状 ,实现板类件的多点闭环成形。实验研究表明 ,在不考虑材料非线性、几何非线性和成形条件的情况下 ,金属板材通过闭环成形快速收敛到目标形状 ,实现了

板材多点成形过程的非参数模型及自适应控制

研究了三维板类件的多点成形复杂的非线性过程。将影响成形精度的诸多因素看作系统扰动,成形过程简化为离散的单输入单输出系统,得到其非参数模型。在满足一定假设条件的前提下,多点成形过程可线性化为一个带有单参数的线性时变系统;通过对系统的分析,得到了多点成形过程的闭环递推自适应控制算法。仿真结果表明,在自适应算法的逐次控制下,工件形状以较快的速度收敛到设计的目标形状,实现了对板类件多点成形这一复杂过程的有效控制。

多点成形中压痕的形成与控制方法

对多点成形中压痕缺陷的形成及影响因素进行了力学分析,指出弹性垫技术可以明显地消除压痕缺陷。采用多点压机及多道多点成形技术改变了约束方式及变形路径,因而有效地抑制了成形缺陷的产生,提高板材的成形极限并实现了大变形量成形。通过典型的数值模拟及成形实验说明了弹性垫技术及多道成形技术消除压痕缺陷的有效性。

板材三维曲面的无模多点闭环成形技术

基于具有并行调形功能的多点快速曲面造型系统和自主开发的激光扫描测量机 ,提出了三维板类件多点闭环精确造型的概念 ,并应用 PID控制算法进行了多点闭环成形实验 ,得到了符合设计要求的工件形状。讨论了三维板类件多点成形逆向工程的实现问题。

多点闭环成形中基本体群曲面描述方法的研究

探讨了在多点闭环成形中,基本体群曲面的数值矩阵描述和离散傅里叶变换描述方法;通过实例验证了离散傅里叶变换描述方法的有效性和对随机测量误差的鲁棒性;从闭环成形的实验结果可以看出,应用离散傅里叶变换描述能够体现板材多点成形时各基本体之间的相互耦合关系,提高了多点成形工件的精度。

多点冲头主动加载路径对薄板拉形的影响

研究了多点拉形过程中3种加载路径对板料拉形质量的影响。基于平面应变假设,对多点拉形和等差曲率冲头主动加载拉形中铝合金薄板的受力特点进行了对比分析,同时应用数值模拟研究了多点拉形与多点冲头主动加载拉形中3种路径对板料应力、应变及延伸率分布的影响规律。结果表明:与多点拉形相比,等速冲头主动加载、等时冲头主动加载及等差曲率冲头主动加载3种拉形方式均能减小板料钳口处的应力集中,提高工件的应力、应变、延伸率分布均匀性,其中等差曲率冲头主动加载路径拉形效果最好。

基于遗传算法的三维曲面配准

本文针对自由曲面模型数据和测量数据之间的配准问题,研究了先粗后精的两步配准方法。利用遗传算法的全局搜索性能,控制优化参数达到两曲面间的粗配准;以粗配准的结果作为初值,利用ICP匹配算法修正误差,进一步优化以达到全局最优配准。两步法解决了ICP算法易收敛于局部最小值的问题,将测量曲面与CAD模型曲面在空间进行最优化匹配。实例验证表明,算法配准精度高、运算速度比较快,可以应用于曲面件多点成形后的曲面误差分析及修正,也可应用于其他领域自由光滑曲面的测量结果的比较分析。

铝合金壁板筋条多点对压成形失稳及断裂研究

应用多点模具对压成形铝合金整体壁板是一种新技术,如何预测和避免筋条的失稳和断裂是该技术能否用于实际生产的关键问题之一。针对铝合金壁板筋条的多点弯曲过程,提出了失稳和断裂的判定方法,应用有限元模拟和多点压弯试验进行了对比分析。结果表明,失稳和断裂判定方法能够预测筋条产生失稳和断裂的位置和时刻。基于多点模具形状调整快的特点,采用分道次成形的方式研究了压弯半径对筋条断裂和失稳的影响规律,确定了单筋条多点压弯时的极限曲率半径。模拟了复杂结构整体壁板在变路径加载条件下的失稳和断裂情况,优化了加载路径。

三维曲面钢板多点数字化成形技术

多点成形是金属三维曲面柔性成形新技术,以多点成形技术为核心,集成多点CAD/CAM软件、计算机集散控制系统以及压力机等,构成钢板多点数字化成形系统。可以实现三维曲面钢板从形状输入到成形过程的数字化。应用分段多点成形工艺,可以在小设备上成形大尺寸钢板,而不用将其分割为小块;应用多点闭环成形工艺,可以减小钢板的成形误差;从应用实例看出,该技术可以用于船体外板的柔性成形。

应用多点调形方法的柔性辗压技术研究

探讨了一种柔性辗压成形工艺,该工艺利用多点调形的思想,用多点支撑的柔性辊代替传统摆动辗压的上部锥形模,由柔性辊来实现坯料上部曲面的辗压加工。通过建立柔性辗压的有限元模型,分析了该工艺的可行性;利用点追踪技术分析了成形过程中的金属流动规律;探讨了加工过程中轴向总载荷及各单元的受力特点;研究了加工过程中出现的缺陷和问题,提出了改进方法。

板类件多点闭环成形的模糊控制方法

在金属板类件的加工中,无模多点成形是一种CAD数据模型驱动的柔性加工方法;多点闭环成形更是将板类件的加工与实时测量紧密结合到一起。本文在基本体群形状和工件形状的离散傅立叶变换描述的基础上,定义了不同类型的曲面误差;提出了多点闭环成形的模糊控制方法;实验证明,该方法能够控制板材快速收敛到所设计的目标形状,为实现板类件的数字化制造提供了一种新思路。

100kN多点成形压力机及分段成形工艺研究

介绍了 10 0 k N多点成形压力机的技术参数、结构特点、成形原理、成形过程。通过多点成形工艺实验及分段成形技术研究可知 ,可以用小设备成形大型工件 。

多点成形控制系统总体设计及其关键技术

探讨了多点成形控制系统设计中的关键技术问题 ,研究了控制系统的硬件与软件结构。所研制的控制系统已在YAM 5及YAM 3型多点压力机开发中成功应用。

分段多点成形进给装置的研制

设计了用于板材分段多点成形的进给装置,该装置既能很好地适应形状的变化,又能精确地控制板材的进给量,实现了板材进给及压制成形过程的自动化。其控制系统硬件设计采用可编程控制器(PLC)作为控制核心,同时阐述了软件设计的关键技术,给出了控制系统的梯形图软件总体结构。

飞机蒙皮吸盘式柔性工装系统研究

针对我国飞机生产制造业传统模式中一种零件一套专用工装的问题,采用数字化柔性工装技术的方法,研制了一套柔性工装系统,替代了多个固定工装。对应用于飞机蒙皮等零件的柔性工装系统进行研究,该系统通过电机带动立柱阵列进行三维运动控制,利用可调立柱阵列对蒙皮进行定位,采用真空吸盘对蒙皮进行吸附夹紧,最终实现了飞机蒙皮零件的重建、定位和吸附夹紧。最后用激光跟踪仪对柔性工装系统的运行精度进行检测,结果表明X、Y、Z三个方向的定位精度均在±0.1mm以内、重复定位精度均在±0.05mm以内。

无模多点成形实验机及微机控制系统的研制

针对塑性加工中模具设计的长周期和高成本问题，根据无模多点成形的基本原理，设计制造了计算机控制无模多点成形实验机，并讨论了其ＣＡＤ系统、微机控制系统和机械系统。通过实验证明，目标试件形状与ＣＡＤ设计形状吻合良好，是一种具有高柔性度的塑性加工新设备，为金属板材的三维曲面成形提供一种新工艺。

板材多点反复成形的残余应力分析

基于对曲板弹塑性弯曲的理论分析，提出了适于板条反复成形应力分析的近似方法，给出了残余应力的计算公式，并对板条反复纯弯曲变形过程的残余应力进行了分析。结果表明，适当选择反复成形的加载路径，可使残余应力明显降低。

快速调形多点成形设备控制系统的研制

调形是板材多点成形的核心技术之一。本文提出的基于并行调形方式的快速调形技术,即每个基本体设有独立的调整机构及控制单元,调形时所有基本体同时工作,以加快板材多点成形设备的调形速度。文中探讨了控制单元的结构及工作原理,给出了控制系统软件流程。并行调形方式与串行调形方式的应用对比表明,并行调形方式能显著提高调形效率。