[发明专利]一种带筋壁板预应力喷丸成形的数值模拟方法

说明书

本发明涉及一种带筋壁板预应力喷丸成形的数值模拟方法，包括如下步骤：步骤一：建立带筋壁板的输入喷丸工艺参数输出对应喷丸模拟参数的关联模型；步骤二：建立带筋壁板的多弹丸撞击模型，使模型表面受到多弹丸的冲击，并创建喷丸区域沿模型厚度方向的路径并获得路径节点应力；步骤三：建立带筋壁板的反弯曲应力场法模拟模型，依据壁板几何及受力特征将壁板转换为有限元壳单元，并进行分区处理，将应力场赋予壳单元进行模拟变形计算。本发明创造性地实现了基于喷丸诱导应力的喷丸成形应力场法数值模拟，大大提高了带筋壁板预应力喷丸成形效果。

技术领域

本发明涉及喷丸成形技术领域，特别是涉及一种带筋壁板预应力喷丸成形的数值模拟方法。

背景技术

喷丸成形是金属机翼壁板的主要成形工艺之一，该技术最早由洛克希德·马丁公司的工程师杰姆·博格于20世纪40年代提出，此后多用于航空航天飞行器壁板类工件的制造。目前，自由状态喷丸成形技术已经在我国ARJ21、C919等飞机壁板类工件的制造中成功获得应用。

现阶段喷丸成形工艺参数的确定主要依靠试验和经验，试验量大、周期长、效率低、成本高；因此喷丸成形数值模拟应运而生，喷丸成形数值模拟主要有温度场法和应力场法等。温度场法依据等效变形原则通过试验建立温度场与喷丸工艺参数之间的对应关系，若零件截面形状和受力状态改变，需要重新试验、建立新的对应关系。应力场法通过模拟多弹丸撞击过程获得应力场，避免了为建立应力场与喷丸工艺参数间关系的试验；同时应力场法由于引入了真实的喷丸应力比温度场更接近实际喷丸状态。在应力场法中，建立起准确的喷丸模拟参数即喷丸指标弹坑直径、弹丸速度及覆盖率与试验工艺参数间的关系模型至关重要，并直接影响到后续模拟的准确性和精确度。

目前关于喷丸指标与喷丸试验工艺参数之间关系的研究主要针对直径在1mm以下的喷丸强化小弹丸，不适用喷丸成形中的大尺寸弹丸。预应力喷丸成形数值模拟的研究对象主要集中在平板件，针对带筋整体壁板预应力喷丸成形数值模拟的研究还未见报道。同时，目前应力场法模拟思路及方法无法将模拟参数与工艺参数建立关联，导致该方法只能进行定性模拟，还无法对带筋整体壁板预应力喷丸成形进行定量模拟，造成在现阶段具有复杂带筋整体壁板的型号研制中较难应用。

发明内容

(1)要解决的技术问题

本发明实施例提供了一种带筋壁板预应力喷丸成形的数值模拟方法，包括建立喷丸工艺参数与喷丸模拟参数的关联模型、多弹丸撞击模型和反弯曲应力场法模拟模型，可以准确实现带筋壁板的预应力喷丸成形数值模拟。

(2)技术方案

本发明的实施例提出了一种带筋壁板预应力喷丸成形的数值模拟方法，所述带筋壁板包括筋件和壁板，所述数值模拟方法包括如下步骤：

步骤一：建立带筋壁板的输入喷丸工艺参数输出对应喷丸模拟参数的关联模型；

步骤二：建立带筋壁板的多弹丸撞击模型，使模型表面受到多弹丸的冲击，并创建喷丸区域沿模型厚度方向的路径并获得路径节点应力；

步骤三：建立带筋壁板的反弯曲应力场法模拟模型，依据壁板几何及受力特征将壁板转换为有限元壳单元，并进行分区处理，将应力场赋予壳单元进行模拟变形计算。

进一步地，所述关联模型的建立过程包括：选取不少于一个喷丸工艺参数，通过均匀试验方法，建立喷丸工艺参数与喷丸模拟参数间的二阶响应面模型。

进一步地，所述喷丸工艺参数包括：喷丸气压、进给速度和弹丸流量。

进一步地，所述喷丸应力场的模拟参数包括：弹坑直径、弹丸速度及覆盖率。

进一步地，所述多弹丸撞击模型的建立方法包括：

通过自定义场分布函数施加线性分布的面力以代表预应力，施加预应力后约束模型两个侧面及底面的所有自由度；