[发明专利]基于有限元分析的大型整体薄壁件加工精度控制方法

权利要求书

1.一种基于有限元分析的大型整体薄壁件加工精度控制方法，其特征在于包括以下步骤：

1）提取大型整体薄壁结构件的局部结构特征，即组成此类薄壁结构件的基本特征单元，包括侧壁、腹板的尺寸信息；

2）对提取出的局部结构特征进行有限元仿真分析，包括局部结构特征的有限元建模、有限元前处理、分析运算以及结果后处理； 

3）对大型整体薄壁结构件所用的毛坯进行有限元建模，并加载初始内应力；加载初始内应力的步骤包括测量毛坯表面残余内应力、计算毛坯内部残余内应力以及加载毛坯整体残余内应力；

4）拟定刀具轨迹，即拟定各个局部特征结构的加工顺序； 

5）对建立的整体结构件毛坯模型进行仿真分析，得到不同的刀具轨迹工艺技术条件下的预测变形结果； 

6）调整及优化装夹方案，控制整体加工变形。

2.根据权利要求1所述的基于有限元分析的大型整体薄壁件加工精度控制方法，其特征在于所述步骤2）的具体过程如下：

2.1对提取出的局部结构特征和设置的切削工艺条件进行有限元建模；

2.2对建立的有限元模型赋予材料属性、加载边界条件、定义接触属性和加载载荷；

2.3采用有限元法对有限元前处理设置的数据进行求解得到在一定的切削参数和切削路径条件下的加工变形预测结果；

2.4将运算完成的结果以可视化的形式输出，调整切削工艺条件，返回步骤2.1，直至达到所设定的迭代次数；

2.5对得到的结果进行对比分析，选出导致局部结构特征加工变形最小的一组切削工艺条件。

3.根据权利要求1所述的基于有限元分析的大型整体薄壁件加工精度控制方法，其特征在于：所述步骤3）中毛坯表面残余应力的测量采用钻盲孔法测量，毛坯内部残余内应力利用裂纹柔度法计算，计算公式为                                               ，其中，为从毛坯中性面到表层的厚度坐标，σ为x=时的应力值，h为毛坯总厚度；毛坯整体残余内应力根据“力平衡、力矩平衡”的原则进行加载。

4.根据权利要求1所述的基于有限元分析的大型整体薄壁件加工精度控制方法，其特征在于：所述步骤4）中分别采用顺序铣削方式、奇偶铣削方式、环形铣削方式、对称铣削方式拟定初始刀具轨迹。

5.根据权利要求1所述的基于有限元分析的大型整体薄壁件加工精度控制方法，其特征在于：所述步骤5）中整体结构件的仿真分析包括有限元前处理、运算分析以及结果后处理：

5.1对建立的整体结构件毛坯模型进行有限元前处理，包括根据不同的刀具轨迹赋予有限元模型材料属性、加载边界条件、定义接触属性和加载载荷；

5.2采用有限元法对有限元前处理设置的数据进行求解，得到不同的刀具轨迹工艺技术条件下的预测变形结果；

5.3将上述结果以可视化的形式输出，并对仿真结果进行对比分析，选出导致整体薄壁结构件加工变形最小的一组刀具轨迹方案。

6.根据权利要求1或5所述的基于有限元分析的大型整体薄壁件加工精度控制方法，其特征在于：所述步骤6）的具体方法如下：

6.1根据步骤5.3输出的不同的刀具轨迹工艺技术条件下的预测变形结果，对比得出零件加工变形最大的区域以及最大变形量；

6.2在变形最大的区域增加工艺压块、辅助支撑措施；

6.3在整体结构件有限元模型中将变形最大的区域增加边界条件，限制相应自由度，采用有限元法对增加边界条件后的整体结构件有限元模型进行有限元运算分析，得到零件加工变形最大的区域以及最大变形量，返回步骤6.2，直至最大变形量达到所设定的值，得到最优的装夹方案。