[发明专利]变曲率型材滚弯有限元分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及了一种新型变曲率型材滚弯有限元分析方法，属于飞机钣金成形技术。

背景技术

近年来，在飞机生产中，滚弯成形用于成形框肋缘条、机身前后段和发动机短舱长桁等这些截面形状复杂、变曲率的弯曲件，采用有限元计算的分析方法能节约成本，提高效率。周养萍的型材滚弯研究硕士论文中的变曲率型材滚弯有限元分析方法是采用变曲率型材等曲率逼近，该方法首先基于弹塑性理论对型材滚弯成形的基本理论及滚弯中的弹性回复进行了研究，推导出型材滚弯成形回弹半径的表达式，建立了等曲率滚弯回弹半径计算模型，利用回弹计算模型推导出滚弯工艺参数，然后利用有限元分析软件对型材进行分段等曲率滚弯模拟分析。该方法通过理论推导得出的回弹计算模型本身建立在假定型材在弯曲滚轮之间的弯曲变形部分是圆弧状，且回弹半径公式中的材料应变刚模量参数难于获得；同时该种方法在每个分段内为等曲率，而实际上型材在每个分段内并非等曲率。此种有限元分析方法滚弯得到的型材成形精度不高，模拟得到的型材曲率半径与型材数模曲率半径误差较大。

发明内容

本发明目的在于解决现有变曲率型材滚弯有限元分析结果误差较大，精度不高的问题，提供一种误差小、精度高的变曲率型材滚弯有限元分析方法。

针对上述问题，本发明所述的新型变曲率型材滚弯有限元分析方法，包括以下步骤：

1）  提取所要加工的型材数模的一条边沿线作为特征曲线，进行曲率半径分析，其中综合考虑曲率及长度后将型材数模特征曲线平均分成n段，并得到n+1个弧长等分段点的曲率半径；

2）  分析四轴滚弯机几何结构及运动关系，该四轴滚弯机包括上滚轮、下滚轮、左滚轮、右滚轮；在有限元分析软件中建立滚轮与型材毛坯的数学模型并进行装配，设置左右滚轮初始位移量；

3）  进行网格划分，接触定义，建立型材等曲率滚弯标准静态分析模型，对型材等曲率滚弯分析模型进行计算。将计算完成的型材等曲率网格模型进行网格模型重构，得到重构后的型材数模，再对该重构型材数模进行特征曲线曲率半径分析，得到该左右滚轮位移量下对应的曲率半径值；

4）  不断改变左右滚轮位移量，重复步骤3），从而得到不同左右滚轮位移量下对应的曲率半径值，即等曲率滚弯规律；

5）  根据4）中结果推导出所要加工的型材数模特征曲线的各个等分段点处曲率半径对应的左右滚轮位移量；将各等分段点对应的左右滚轮位移量记为h1，h2，……h(n+1)；

6）  将4）中得到的等曲率滚弯规律应用于变曲率型材滚弯有限元分析，过程分为n+2个标准静态分析步：

设置第一个分析步、左右滚轮运动到位移量为h1,上下滚轮暂时不动；

第二个分析步、对应左右滚轮位移量从h1匀速变化到h2，上下滚轮匀速绕中心旋转s rad；

第三个分析步、左右滚轮位移量从h2匀速变化到h3，上下滚轮匀速旋转s rad；

依次设置后面各个分析步对应的滚轮运动状态；

第n+2个分析步、上下滚轮匀速旋转m rad，使型材完全从上下轮中滚出；

上述s等于型材数模特征曲线等分段长度除于上滚轮最大半径；m为确保型材完全从上下轮中滚出的上下滚轮转角；

进行网格划分，接触定义，建立变曲率型材滚弯分析模型并提交计算，将计算完成的型材变曲率网格模型进行网格模型重构，得到重构后的变曲率型材数模；

7）将重构后的变曲率型材数模征线各等分段点曲率半径与所要加工的型材数模上的特征曲线等分段点曲率半径对比，误差超过范围的分段点处调节对应分析步的左右滚轮位移量，重新模拟计算，直至模拟结果对应的型材特征曲线曲率半径与所要加工的型材数模特征曲线曲率半径满足误差要求。

采用该种变曲率型材滚弯有限元分析方法，运用有限元分析等曲率滚弯过程而得到滚弯规律，这比理论公式更加直接准确；并采用分段变曲率滚弯有限元分析使滚弯分析过程中各分段也为变曲率，从而使得分析结果更加准确，误差更小，精度更高。

附图说明

图1为变曲率2字形型材数模示意图，其中1为型材特征曲线；

图2为型材数模特征曲线曲率半径分析，其中2，3……12为特征曲线弧长等分段点；

图3为各等分段点处的曲率半径值；

图4为数控滚弯机的平面图。其中13为左滚轮中心转轴，14为左滚轮；15为下滚轮导向槽；16为上滚轮；17为右滚轮；18为下滚轮；

图5为型材截面尺寸图；