[发明专利]一种快速预测筋板件等温局部加载材料跨变形区转移方法

说明书

本发明公开了一种快速预测筋板件等温局部加载材料跨变形区转移方法，首先，采用筋上分区方式，提取局部加载过渡区几何结构，基于三维造型软件对过渡区几何结构的终锻模具建模；设计等厚坯料，创建局部加载过渡区的有限元模型，分析材料跨变形区转移特征；根据跨变形区材料流动与腹板处模拟分流层位置，将加载区划分为三个区域；对三个区域的基元体进行受力分析，获得有限元分流层位置及材料跨区转移体积的预测模型；将有限元结果与预测模型结果进行对比，验证预测模型的有效性，本发明能够在短时间高效预测跨变形区分流层位置，并获取材料在单位时间内流向未加载区的体积，为避免折叠缺陷，调控不均匀变形提供理论指导。

技术领域

本发明涉及航空航天制造领域的大型筋板类构件技术领域，尤其涉及一种快速预测筋板件等温局部加载材料跨变形区转移方法。

背景技术

随着航空航天等高科技产业不断发展，带有纵、横多筋结构形式的大型、整体、轻质、薄壁的复杂构件需求大幅增加，以满足其高可靠性及结构、功能高效化的特征。此类构件由于其几何结构特点，采用传统整体锻造工艺对设备极限吨位的要求严苛，成形能力受到限制。仅通过提高设备吨位的方式解决成形吨位与成形能力的不足来获得大型复杂锻件，难以满足当今对于成形载荷持续升级的要求。

等温局部加载兼备了等温锻造和局部加载两种成形工艺的优点，在显著降低材料变形抗力、改善材料塑性的同时，能有效降低大型多筋构件的成形载荷，为该类构件成形成性一体化制造提供有效途径，可实现“小设备干大活”的目标，对实现航空大型筋板构件的高性能低成本制造具有重要意义。然而，在多筋构件等温局部加载过程中，存在固有的材料跨变形区转移现象，易引发折叠、剧烈不均匀变形等缺陷，限制了等温局部加载成形工艺的应用。鉴于此，本发明专利提出了一种能快速预测材料转移体积的方法，分析了多筋特征构件等温局部加载过程中的材料跨区流动以及应力状态，获得了分流层位置及材料转移体积的预测模型，为快速预测材料跨变形区转移，以此避免折叠缺陷，改善不均匀变形提供指导。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中存在的技术问题，提供一种快速预测筋板件等温局部加载材料跨变形区转移方法。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：一种快速预测筋板件等温局部加载材料跨变形区转移方法，包括以下步骤：

(1)针对筋板件，采用筋上分区方式，提取带有筋条和腹板(两筋之间的区域)的局部加载过渡区几何结构，基于三维造型软件对过渡区几何结构的终锻模具建模，以此识别出为第一加载步的先加载区与第二加载步的后加载区的几何位置；

(2)设计形状简易的等厚坯料，创建局部加载过渡区第一加载步及第二加载步的有限元模型，基于两个加载步的模拟结果，分析材料在先加载区、后加载区的来回流动，该流动即为材料跨变形区的转移特征；

(3)根据模拟结果中观测到的材料跨变形区流动特征以及腹板处出现的模拟分流层位置，将先加载区划分为三个区域：a)分流层与分区筋之间区域为Ⅰ、b)分流层与另一侧相邻筋之间区域为Ⅱ、c)另一侧筋槽区域为Ⅲ；

(4)对步骤(3)所划分三个区域的基元体进行受力分析，通过应力平衡方程、屈雷斯加屈服方程与边界条件综合求解，获得有限元分流层位置及材料跨区转移体积的快速预测模型；

(5)将有限元结果与预测模型结果进行对比，验证预测模型的有效性。

优选的，所述筋板件存在一个对称面，所述筋板件关于所述对称面上下对称，所述筋板件的材料流动特征沿着对称面上下一致。

优选的，所述步骤(1)中的终锻模具包括上模和下模组件，所述上模和下模组件形成放置坯料的模腔。

优选的，所述下模组件包括第一下模和第二下模，所述第一下模下方设置有垫块。

本发明有益效果：