网格高筋整体壁板压弯成形建模仿真与路径优化技术研究

压弯成形是目前制造网格高筋整体壁板的主要工艺方法。基于飞机网格高筋整体壁板，设计典型的I型、T型、J型筋条和平行筋、交叉筋等多种特征试件，分析压弯成形过程塑性变形区的应力应变分布，建立能准确描述多部位整体壁板压弯成形与回弹的有限元模型，开发一套适于不同形式筋条与布置方式、方便调节模具几何参数以及实时采集与控制载荷、位移等参数的特征试件压弯实验系统。基于有限元模拟与实验研究相结合的方法，确定工艺参数对压弯成形的影响规律，实现预测并控制筋条失稳与开裂。在对目标外形和筋条样式及分布方式等几何特征进行分析的基础上，进行整体壁板压弯成形路径设计与优化方法研究，建立可用于实际压弯生产的压弯路径设计方法。本项目的科学意义在于，建立准确的整体壁板压弯成形有限元模型，掌握有效的预测和控制筋条失稳与开裂的方法，提出高效可靠的整体壁板压弯成形路径优化设计方法。

基于理论分析、试验研究与有限元模拟相结合的方法，针对铝合金高筋整体壁板压弯成形机理、缺陷预测、建模仿真及压弯路径优化等关键技术进行了系统深入的研究。.（1）设计了带回弹测量装置的压弯模具，建立了能够实时记录上模载荷、上模位移、试件底部中心点位移数据和测量筋条侧向偏移量的压弯试验系统。建立了压弯成形有限元模型，针对单筋条和多筋条试件进行了压弯成形试验与模拟。结果表明，所建立的有限元模型能够较好的反映试验的上模载荷、材料变形情况等，具有较高的精度，可以应用此建模方法进行后续成形缺陷和工艺优化的研究。.（2）以能量法为基础，提出了压弯过程中筋条弹塑性失稳临界值的求解方法，计算结果能够较合理地反映试验结果。将拉伸试验及有限元模拟相结合，得到多个韧性断裂准则的参数，并通过用户子程序将各准则嵌入压弯成形有限元模拟。压裂试验及其有限元计算结果表明，Oh-Kobayashi韧性断裂准则适合预测筋条失稳后根部受拉引起的断裂，Le Roy韧性断裂准则适合预测未发生筋条失稳的剪应力引起的断裂，二者所预测的断裂位置均与试验吻合。.（3）鉴于筋条发生塑性变形而蒙皮主要为弹性变形的特点，提出了一种将蒙皮部分简化为虚拟材料筋条的几何等效方法。推导了复杂网格筋条壁板等效模型建立过程和虚拟材料系数计算方法。进行了I型单筋条和网格筋条壁板的有限元分析和压弯实验，对比分析了完整模型和等效模型的计算效率和精度，并用实验数据进行了验证，建立的压弯成形有限元等效模型精度可靠、效率数倍提高。.（4）基于几何形状最小曲率分析，设计了多道次压弯路径规划与优化方法，基于CATIA软件开发了压弯轨迹快速规划软件；以T型筋条为例，基于响应面方法，建立了成形曲率与间距和下压量的双参数三次响应面方程，通过有限元分析和实验进行了验证；分析了多道次压弯耦合作用和响应面模型的适用性，为多道次压弯工艺参数解析计算提供了基础。.（5）提出了基于目标型面曲率分析、有限元分析模型、神经网络与遗传算法的压弯成形路径优化方法，成功地应用于复杂双曲率的整体壁板的压弯路径设计与优化中。压弯试验和有限元模拟的结果表明，该方法可以有效地实现整体壁板压弯成形路径的优化，为复杂整体壁板压弯工艺数字化设计提供了基础。