基于MSC.MARC的整体壁板弯曲成形工艺研究

　　0 引言

　　整体壁板在现代飞机结构中起着越来越重要的作用。它不仅要保证结构受力的强度和刚度，还要追求良好的气动力外形。网格式带筋整体壁板是航空航天飞行器上广泛采用的一种轻量化结构，其结构特点为蒙皮和纵横交错的加强筋为一整体，而蒙皮外形为单曲率或复杂的双曲率外形。

　　整体壁板压弯成形过程涉及到几何非线性、材料非线性和接触非线性等问题。随着飞机性能的大幅度提升，整体壁板的结构和外形将越来越复杂，对成形精度的要求也越来越高，给成形带来很大困难。

　　本文在研究和分析整体壁板结构件的基础上，提出了铝合金整体壁板的滚弯成形工艺和增量压弯成形工艺，采用有限元数值模拟和实验相结合的方法系统研究了填料滚弯成形工艺和绕弯成形工艺过程。

　　1 基本原理

　　整体壁板通常采用增量压弯与填料滚弯工艺进行弯曲成形。增量压弯是是一种三支点断续弯曲过程，由专用压力机驱动冲头在加工零件上进行局部三点弯曲变形，最后使整个零件表面成形为所需的外形，适合成形结构复杂的多筋结构件。填料滚弯工艺是板坯通过滚动的辊轴，形成三支点连续弯曲，并逐步产生塑性变形。直接滚弯成形过程中，由于壁板形状不规则，筋条高且薄，三个辊轮施加载荷的情况下，筋条处容易发生屈曲失稳现象，且蒙皮表面圆弧不光滑连续，成形后的壁板不能满足使用要求。为了改善壁板的滚弯成形性能，可以采用添加填料的方法，来改善筋条的受力状况，提高筋条的抗失稳能力。填料在滚弯成形过程中有两个作用：一方面保护了筋条，避免其产生失稳等缺陷;另一方面将辊轮施加的载荷传递到蒙皮使其产生塑性变形。

　　2 有限元模拟

　　2.1 模拟模型建立

　　采用大型工程分析有限元软件MSC.MARC，利用8节点六面体全积分单元按1：1的比例建立了多筋结构件模拟模型如图1所示。模具在模拟过程中定义为刚体，取其工作面形状建立模型。模拟件材料为2A12T4，材料的力学性能如表1所示。

　　表1 2A12T4铝合金和填料的力学性能

 
(本文不涉密)
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