[发明专利]一种球形高筋壁板模压失稳临界下压高度测定方法

说明书

本发明提供了一种球形高筋壁板模压失稳临界下压高度测定方法，通过壁板在模压时凸缘部分变形的实际压应力与凸缘部分局部蒙皮失稳临界压应力和局部筋条失稳临界压应力分别进行比较，确定高筋壁板失稳临界压应力，进而得出失稳临界下压高度，并采用有限元分析法对球形高筋壁板进行模压成形仿真，得到失稳临界压应力值和失稳临界下压高度值；将解析结果与仿真结果进行比对，验证两种方法所得结果的一致性，为设计人员提供了球形高筋壁板结构及成形曲率半径大小极限性，从源头上提高球形高筋壁板工艺可行性，工艺可以根据失稳临界压应力和失稳临界下压高度，合理规划具体实施的成形轨迹、压力以及下压量，有效地对板材的变形进行控制，提高成形质量。

技术领域

本发明属于承力结构成形工艺技术领域，特别涉及一种球形高筋壁板模压失稳临界下压高度测定方法。

背景技术

我国空间站节点舱的主承力结构由多个球形外凸高筋整体壁板结构组成，每个球形壁板在筋条结构上都有所差别。筋条分布于壁板外侧，筋条之间相互交叉为“*字形”或“十字形”，且筋条发生大变形并相互作用。

传统的高筋壁板结构中，双曲的零件一般是一个方向曲率较大，另一个方向曲率较小，而且筋条一般沿曲率较小的方向。而在空间站节点舱的整体壁板中，蒙皮厚度为1-8mm，筋高为17.5-30mm，并且具有多筋条非均匀排布、筋条参与变形且变形曲率大(曲率半径小于2米)以及具有多个高精度安装座等复杂结构特点，其成形制造极为困难。另外，该壁板在外太空使用，在轨时间长，承受内压载荷，对零件内部损伤以及残余应力分布等成形缺陷敏感，零件成形精度和质量要求极高。

目前采用一种改进的模压工艺成形该球形高筋壁板，但模压时壁板凸缘部分(即壁板模压时露出模具的部分)的蒙皮和筋条会发生起皱失稳，影响壁板的成形精度，因此有必要对起皱行为进行预测，得到能够用于控制起皱失稳的工艺参数。

发明内容

为了克服现有技术中的不足，本发明人进行了锐意研究，提供了一种球形高筋壁板模压失稳临界下压高度测定方法，用于估算球形高筋壁板模压失稳临界下压高度，以避免成形过程中板料发生皱曲，提高成形质量，从而完成本发明。

本发明提供的技术方案如下：

一种球形高筋壁板模压失稳临界下压高度测定方法，包括以下步骤：

S100，根据球形高筋壁板的外形，确定球形高筋壁板平板展开料选用圆板结构或者正多边形结构，相应的壁板蒙皮平板展开料选用圆板结构或者正多边形结构，采用高筋壁板凸缘部分蒙皮变形的实际压应力σ_θ(h)和失稳临界压应力σ_cr(h)_蒙皮的表达式，令σ_cr(h)_蒙皮＝σ_θ(h)，获得壁板蒙皮临界下压高度h，将h代回σ_cr(h)，获得壁板蒙皮失稳临界压应力σ_cr(h)_蒙皮；

S200，采用球形高筋壁板凸缘部分局部筋条失稳临界载荷P_cr和产生临界应变所需的外力P的表达式，令P_cr＝P，获得局部筋条失稳临界应变值ε_cr，将失稳临界应变值ε_cr代回局部筋条失稳临界载荷P_cr解析式，求出局部筋条失稳临界载荷P_cr，再结合筋条截面积，得出局部筋条失稳临界压应力σ_cr(h)_筋条；

S300，将高筋壁板实际压应力与壁板凸缘处局部蒙皮失稳临界压应力σ_cr(h)_蒙皮和局部筋条失稳临界压应力σ_cr(h)_筋条进行比较，确定高筋壁板失稳临界压应力，进而测得失稳临界下压高度h。

根据本发明提供的一种球形高筋壁板模压失稳临界下压高度测定方法，具有以下有益效果：